Într-un articol publicat recent în revista Physical Review Letters au fost reanalizate date ale unui experiment efectuat la acceleratorul CEBAF în Statele Unite. S-a studiat modul în care așa-numiții barioni Lambda sunt produși în interacțiunea dintre electroni și materia nucleară. Acest studiu ne ajută să înțelegem mai bine interacțiunea nucleară puternică.

Modelul Standard

Modelul Standard al fizicii particulelor elementare este teoria care descrie din ce este alcătuită lumea înconjurătoare și noi înșine; nu conține gravitația (dar asta este altă poveste). Din acest model fac parte particulele considerate la ora actuală elementare, precum quarcii, electronii, neutrinii dar și altele. Modelul Standard descrie trei (din cele patru) interacțiuni fundamentale, și anume: electromagnetică, nucleară slabă și nucleară puternică. Șase quarci fac parte din Modelul Standard: up, down, charm, strange, top, bottom. Bazele acestui model sunt teoria relativității și mecanica cuantică. Atomii, de exemplu, sunt alcătuiți dintr-un nucleu central care conține protoni și neutroni, la rândul lor alcătuiți din quarci, și electroni care orbitează în jurul acestui nucleu.

Quarcii „strange” și materia normală

Materia normală, cea pe care o cunoaștem și din care suntem compuși, atomii din corpul nostru, sunt alcătuiți doar din două tipuri de quarci din Modelul Standard: up și down; cei cu masele cele mai mici. În studii ale proceselor care au loc la acceleratoare de particule sau cu raze cosmice au fost însă observați alți quarci – cei patru amintiți anterior. Ce rol au aceștia în Univers? Cum interacționează cu ceilalți quarci prin interacțiunea nucleară puternică? La aceste întrebări răspunsul ar fi dat de așa-numita teorie a cromodinamicii cuantice – cea care descrie interacțiunea nucleară puternică; o teorie foarte complexă care încă nu este pe deplin înțeleasă. Din acest motiv experimente care studiază această interacțiune sunt foarte importante.

Lambda de la experimentul EG2 la CEBAF

Recent, datele unui experiment efectuat în 2004 (EG2) la acceleratorul de la CEBAF au fost reanalizate pentru studiul unei particule – așa-numia Lambda – compuse din trei quarci: up, down și strange. Această particulă era generată la CEBAF de interacțiuni ale electronilor care proveneau de la accelerator cu diverse materiale, precum: carbon, fier, plumb. Electronii cu energii mari interacționau cu quarcii din nuclee, generând inclusiv particule Lambda. Acesta însă au o viață medie extrem de scurtă – practic dezintegrându-se imediat după formare. Ceea ce se măsoară sunt particulele produse în urma dezintegrării. Cercetătorii au reușit să studieze aceste particule Lambda rezultatele studiului fiind publicate într-un articol recent în Physical Review Letters.

Cum se generează Lambda?

În cea mai mare parte din cazuri electronii care interacționează cu materia nucleară (prin intermediul unor fotoni virtuali) o fac interacționând cu un singur quark. Totuși, într-o parte din cazuri acești fotoni virtuali interacționează cu un sistem compus din doi quarci – care dau naștere ulterior (împreună cu un al treilea quark)  particulei Lambda.

Acest rezultat este interesant și important, întrucât ajută la o înțelegere mai bună a interacțiunii nucleare puternice, a teorie cromodinamicii cuantice. În plus, rezultatele experimentului sunt extrem de interesante și pentru a înțelege mai bine cum interacționează materia cu quarci „strange” cu restul materiei – ceea ce ar putea fi important și pentru a descoperi dacă în stelele de neutroni, la densitățile extreme din interiorul acestora, s-ar putea forma și menține în viață materie care să conțină quarci „strange”.

Viitorul de la CEBAF               

Viitoarele experimente de la CEBAF (Continuous Electron Beams Accelerator Facility) acceleratorul de la Thomas Jefferson National Accelerator Facility, Virginia, vor utiliza fascicule de electroni la energii și mai mari, ținând cont că acceleratorul a fost upgradat recent. La acest experiment interacțiunea cu doi quarci (di-quark) va fi studiată în detaliu și rezultatele experimentale vor fi comparate cu ceea ce prevede teoria.

Credit imagine: DOE's Jefferson Lab

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe