Εξηγώντας την παραγωγή ελαφρών ιόντων σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειας

Οι φυσικοί οδηγούν τα ιόντα να συγκρούονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν και να μελετήσουν τη σούπα των κουάρκ και των γλοιονίων που θεωρείται ότι πληρούσαν το σύμπαν χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά τη μεγάλη έκρηξη. Πειραματικές παρατηρήσεις δείχνουν ότι οι συγκρούσεις αυτές παράγουν ελαφρείς πυρήνες όπως δευτερόνια [πυρήνες δευτέριου], τριτόνια [πυρήνες τριτίου] και ηλίου. Ωστόσο, οι επιστήμονες διαφωνούν στη θεωρητική εξήγηση για αυτή την παραγωγή. Ορισμένοι αρέσκονται να βλέπουν τους πυρήνες αυτούς σαν να βρίσκουν «χιονόμπαλες στην κόλαση», καθώς οι υψηλές θερμοκρασίες των πύρινων σφαιρών που αναδύονται από τις συγκρούσεις θα έπρεπε να «λιώσουν» τους πυρήνες στα υποατομικά τους συστατικά, όμως δεν φαίνεται να είναι έτσι. Τώρα, ο Dmytro Oliinychenko του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley, στην Καλιφόρνια και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν έναν μικροσκοπικό μηχανισμό που μπορεί να εξηγήσει γιατί επιβιώνουν οι πυρήνες.

Μια πρόσφατη πρόταση παρείχε μια ποιοτική εξήγηση για την παρατήρηση αυτών των πυρήνων. Η πρόταση υποστήριξε ότι οι ελαφρείς πυρήνες που σχηματίζονται στην πύρινη μπάλα καταστρέφονται συνεχώς από τις υψηλές θερμοκρασίες και επανειλημμένως επαναδημιουργούνται από ταχύτατα κινούμενα πρωτόνια και νετρόνια καθώς η πύρινη μπάλα ψύχεται. Όμως ο μικροσκοπικός μηχανισμός πίσω από το σενάριο αυτό παρέμενε ασαφής.

Ο Oliinychenko και οι συνεργάτες του σχεδίασαν να βρουν το μηχανισμό αυτό αναλύοντας ένα σύνολο αντιδράσεων που θα μπορούσαν να σχηματιστούν δευτερόνια [πυρήνες δευτέριου]. Επισήμαναν μια δυνατή αντίδραση στην οποία πρωτόνια και νετρόνια σχηματίζουν δευτερόνια με την παρουσία πιονίων [ζεύγη κουάρκ- αντικουάρκ] που δρουν ως καταλύτες για την αντίδραση. Η ομάδα προσομοίασε συνθήκες παρόμοιες με αυτές πρόσφατου πειράματος του CERN, που έγινε από τη Συνεργασία ALICE, το οποίο ακριβώς χαρακτηρίζονταν από ελαφρείς πυρήνες που παράγονταν από τις συγκρούσεις. Τα φάσματα απόδοσης και ενέργειας των δευτερονίων που υπολογίστηκαν ήταν σύμφωνα με τις παρατηρήσεις του πειράματος στο ALICE. Αν η ιδέα του Oliinychenko και των συνεργατών του είναι σωστή, θα πρέπει να εξηγεί επίσης το σχηματισμό άλλων πυρήνων που παρατηρήθηκαν, όπως των τριτονίων, μια πιθανότητα που οι συγγραφείς της μελέτης σχεδιάζουν να ελέγξουν με προσεχείς υπολογισμούς.