Eksperyment HADES (www-hades.gsi.de) opublikował w Nature Physics ((DOI: 10.1038/s41567-019-0583-8) intrygujące wyniki badań własności egzotycznej formy materii jądrowej wytwarzanej w zderzeniach jonów złota, przyspieszanych do blisko 89% prędkości światła w GSI/FAIR w Darmstadt (k. Frankfurtu n.d Menem). Eksperyment przeprowadzany jest przez blisko 150 naukowców, w tym naukowców z Zakładu Fizyki Hadronów Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego. W latach 2003-2014 przewodniczacym zespołu był prof. Piotr Salabura, obecnie tę funkcję pełni prof. Joachim Stroth z Uniwersytetu we Frankfurcie.
W czasie zderzeń ciężkich jonów wytwarzana jest na bardzo krótki czas, rzędu 10-22 s, gęsta i gorąca materia jądrowa o rozmiarach podobnych do jądra atomowego ale o własnościach przypominających materię wytwarzaną w czasie kolizji gwiazd neutronowych.
W pomiarze przeprowadzonym przez detektor HADES udało się zmierzyć rozkład wirtualnych fotonów, których widmo pozwala, na podobnej zasadzie jak widmo promieniowania słońca, oszacować temperaturę wnętrza takiej skompresowanej materii jądrowej na około 70 MeV, co przekłada się na około 1012 K!
Wirtualne fotony w czasie takiej kolizji emitowane są bardzo rzadko (około 10-5 na zderzenie) i w odróżnieniu od fotonów rzeczywistych posiadają masę. Jest to możliwe w bardzo krótkim czasie, dzięki zasadzie nieoznaczoności Heisenberga. Wirtualne fotony konwertują na długożyciowe pary pozyton-elektron które są mierzone w detektorze i pozwalają na obliczenie tej masy.
Rozkład fotonów pochodzących z anihilacji par pozyton-elektron został zmierzony i porównany z rozkładem teoretycznym, obliczonym przy założeniu gorącego źródła składającego się głównie z zagęszczonych nukleonów (blisko 3-4 razy w porównaniu do jądra atomowego) o takiej właśnie średniej temperaturze.
Okazuje się iż promieniowanie jest emitowane poprzez rozpad krótkożyciowej cząstki (czas około 10-23 s), zwanej mezonem rho, która jest stanem pośredniczącym pomiędzy fotonem a rozgrzaną materią jądrową. Pozwoliło to na wyznaczenie rozkładu masy tego mezonu i stwierdzenie iż jest on znacząco inny od rozkładu znanego fizykom w próżni!
Mówiąc obrazowo rozkład masy mezonu rho ulega znacznemu poszerzeniu w gęstej i gorącej materii ulegając częściowej dysocjacji. Jest to potwierdzenie obserwacji przeprowadzonych w eksperymentach badających takie promieniowane przy znacznie większych energiach w CERN i RHIC (USA).
Fakt ten jest intepretowany zgodnie z hipotezą w której masy lekkich kwarków budujących nukleony i mezony (rho) posiadają masę generowaną przez oddziaływania silne, w szczególności oddziaływujące wzajemnie gluony czyli bozony pośredniczące w oddziaływaniu.
W ramach tej interpretacji masa zależy od otoczenia, a w szczególności od temperatury i gęstości gorącej materii jądrowej – co potwierdzają obliczenia teoretyczne do których porównano wyniki pomiaru.
