Kas ir retākā viela Visumā?

Visretākā viela, iespējams, ir kvarka-gluona plazma vai kaut kas tamlīdzīgs. Šī ir vielas fāze, kas rodas tikai visspēcīgākajā temperatūrā un spiedienā. Lielāko daļu sekundes pirmās miljondaļas pēc Lielā sprādziena, sprādzienbīstamā notikuma, kas radīja mūsu Visumu, visa matērija bija kvarka-gluona plazmas formā. Kvarki un gluoni ir daļiņas, kas veido nukleonus, piemēram, neitronus un protonus, kas savukārt veido atomus, kas veido visu vielu. Kvarki ir daļiņas ar masu, savukārt gluoni ir spēka starpniecības daļiņas, kas “salīmē” kvarkus kopā.

Lai gan kvarka-gluona plazma pašlaik ir pretendente uz visretāko vielu Visumā, tās sākumā tas bija normāls matērijas stāvoklis. Kvarka-gluona plazma ir gandrīz brīvu kvarku un gluonu vanna, kas parasti ir cieši savienoti nukleonos. Parastie nukleoni ir tik cieši turēti kopā, ka pat kodolsprādziens vai temperatūra un spiediens Saules kodolā nav pietiekami, lai tos satricinātu. Brīvie kvarki nekad nav novēroti, un daži fiziķi uzskata, ka pati brīvo kvarku parādība ir fiziski neiespējama.

Kvarka-gluona plazma tiek radīta dažos neparastos apstākļos ārpus Lielā sprādziena. Kopš 2000. gada mēs esam spējuši to ražot pēc vēlēšanās daļiņu paātrinātājos, izmantojot milzīgus enerģijas daudzumus, kas vērsti uz smagajiem joniem. Lai to radītu, bija nepieciešamas aptuveni divas desmitgades, lai to radītu, visretāko vielu, ko mēs zinām. Šis varoņdarbs tika paveikts CERN daļiņu paātrinātājā Šveicē. Pavisam nesen CERN lielais hadronu paātrinātājs veic eksperimentus ar kvarka-gluona plazmu.

Kvarka-gluona plazma patiesībā var nebūt retākā viela, ja izrādās, ka tā pastāv ārkārtīgi masīvu zvaigžņu centros. Dažas neitronu zvaigznes (pārpalikums, ko atstājušas dažas no lielākajām supernovām) ir blīvākas, nekā varētu prognozēt teorijā, tādēļ dažiem zinātniekiem rodas aizdomas, ka patiesībā tās nav neitronu zvaigznes, bet gan kvarku zvaigznes. Neitronu zvaigžņu rādiuss ir no 10 līdz 20 km (6–12 jūdzes), bet to masa ir nedaudz lielāka par Saules masu. Turpretim kvarku zvaigznēm, ja tādas pastāv, rādiuss būtu no 3 līdz 9 km (2–6 jūdzes), un to masa būtu salīdzināma ar neitronu zvaigznēm, padarot tās par visblīvākajiem objektiem Visumā. Supernovas paliekas RX J1856.5-3754, Zemei vistuvāk esošā neitronu zvaigzne, ir viens no potenciālajiem kandidātiem, lai kļūtu par kvarku zvaigzni.

Ir arī citas vielas, kas pretendē uz visretākās vielas titulu Visumā. Tie ietver eksotiskās daļiņas, kas radušās ļoti augstas enerģijas kosmisko staru sadursmēs, un citas eksotiskas daļiņas, kas pastāvēja Visuma rītausmā, bet kopš tā laika nekad nav redzētas. Antimatērija nav visretākā viela Visumā, jo to joprojām var atrast peldam kosmosā praktiski visur, kaut arī ļoti mazās proporcijās.