Do wnętrza materii

Zderzenie jonow olowiu w eksperymencie NA49

Fizycy cząstek elementarnych badają podstawowe składniki materii oraz siły między nimi działające poprzez zderzanie cząstek materii o bardzo wysokich energiach. W trakcie zderzeń produkowane są cząstki elementarne nie występujące już w przyrodzie, lecz powszechne kiedyś, we wczesnym Wszechświecie.

Poprzez koncentrację w jak najmniejszej objętości przestrzeni wielkiej ilości czystej energii kreuje się z niej, zgodnie z równaniem E = mc², równą liczbę cząstek i antycząstek. Odpowiada to warunkom fizycznym panującym we wczesnym Wszechświecie, krócej niż jedna dziesięciomiliardowa część sekundy (10^-10 s) po Wielkim Wybuchu. Fizyka cząstek elementarnych sonduje w ten sposób warunki bardzo wczesnego Wszechświata, w ułamki sekundy po jego powstaniu.

Najwyższą osiągniętą jak do tej pory koncentrację energii uzyskano przy użyciu jąder atomów ołowiu przyspieszanych w supersynchrotronie protonowym SPS (Super Proton Synchrotron). Energia "skupiona" przy ich zderzeniach może wystarczyć, by nukleony (protony i neutrony) tworzące jądro atomu "zlały się" na chwilkę. Kwarki i gluony, normalnie uwięzione wewnątrz nukleonów, formują wówczas "plazmę kwarkowo-gluonową". Taki stan materii istniał zapewne w bardzo wczesnym Wszechświecie, zanim ostygł on na tyle, by kwarki i gluony mogły przez kondensację utworzyć znaną nam materię w postaci neutronów i protonów. Fizyka cząstek elementarnych bada więc, w eksperymentach takich jak tu opisane, formy materii nieobserwowane od okresu wczesnego Wszechświata.