Kas yra rečiausia medžiaga Visatoje?

Rečiausia medžiaga yra visatoje, ko gero, kvarko-gliuono plazma ar kažkas panašaus. Tai medžiagos fazė, susidaranti tik esant intensyviausiai temperatūrai ir slėgiui. Didžiąją pirmosios milijoninės sekundės dalies dalį po Didžiojo sprogimo, sprogstamojo įvykio, sukūrusio mūsų visatą, visa medžiaga buvo kvarko-gliuono plazmos pavidalu. Kvarkai ir gliuonai yra dalelės, sudarančios nukleonus, tokius kaip neutronai ir protonai, kurie savo ruožtu sudaro atomus, sudarančius visą materiją. Kvarkai yra dalelės, turinčios masę, o gliuonai yra jėgos tarpininkaujančios dalelės, kurios „sulipdo“ kvarkus.

Nors šiuo metu kvarko-gliuono plazma pretenduoja į rečiausią medžiagą visatoje, jos pradžioje tai buvo normali materijos būsena. Kvarko gliuono plazma yra beveik laisvų kvarkų ir gliuonų vonia, kurie paprastai yra sandariai sujungti į nukleonus. Įprasti nukleonai yra taip tvirtai laikomi kartu, kad net branduolinio sprogimo ar temperatūros ir slėgio Saulės šerdyje nepakanka, kad jie būtų supurtyti. Laisvieji kvarkai niekada nebuvo pastebėti, o kai kurie fizikai mano, kad pats laisvųjų kvarkų reiškinys yra fiziškai neįmanomas.

Kvarko-gliuono plazma sukuriama kai kuriomis neįprastomis aplinkybėmis ne Didžiojo sprogimo metu. Nuo 2000 m. mes galėjome jį gaminti dalelių greitintuvuose, naudojant didžiulius energijos kiekius, nukreiptus į sunkiuosius jonus. Prireikė maždaug dviejų dešimtmečių bandymų sukurti ją – rečiausią mums žinomą medžiagą. Žygdarbis buvo atliktas CERN dalelių greitintuve Šveicarijoje. Visai neseniai CERN Didysis hadronų greitintuvas atlieka eksperimentus su kvarko-gliuono plazma.

Kvarko-gliuono plazma iš tikrųjų gali būti ne pati rečiausia medžiaga, jei paaiškės, kad ji egzistuoja itin masyvių žvaigždžių centruose. Kai kurios neutroninės žvaigždės (likutis, kurį paliko kai kurios iš didžiausių supernovų) yra tankesnis, nei būtų prognozuojama pagal teoriją, todėl kai kurie mokslininkai įtaria, kad iš tikrųjų tai ne neutroninės, o kvarkų žvaigždės. Neutroninių žvaigždžių spindulys yra 10–20 km (6–12 mylių), tačiau jų masė yra šiek tiek didesnė nei Saulės. Priešingai, kvarkinių žvaigždžių, jei tokių yra, spindulys būtų nuo 3 iki 9 km (2–6 mylios), o masė būtų panaši į neutroninių žvaigždžių, todėl jos būtų tankiausi objektai visatoje. Supernovos likutis RX J1856.5-3754, arčiausiai Žemės esanti neutroninė žvaigždė, yra vienas iš potencialių kandidatų tapti kvarkų žvaigžde.

Yra ir kitų medžiagų, kurios pretenduoja į rečiausios medžiagos titulą visatoje. Tai apima egzotiškas daleles, susidarančias po labai didelės energijos kosminių spindulių susidūrimų, ir kitas egzotiškas daleles, kurios egzistavo visatos aušroje, bet nuo to laiko nebuvo matytos. Antimedžiaga nėra pati rečiausia medžiaga visatoje, nes ją vis dar galima rasti plūduriuojančią erdvėje praktiškai visur, nors ir labai mažomis proporcijomis.