أعاد الباحثون تكوين كوارك شديد الكثافة و "حساء" gluon ملأ الكون المبكر

لبضعة ملايين من الثانية بعد فترة قصيرة من الانفجار العظيم ، يعتقد علماء الكونيات أن الكون كان مليئًا بـ "حساء" كثيف من الكواركات والغلونات. يعتقد الباحثون الآن أنهم ربما يكونوا قد استخدموا تصادم المقذوفات الضئيلة ونواة الذهب لإعادة تكوين بقع صغيرة من هذا السائل البدائي المثالي.

إذا كانت الاصطدامات بين المقذوفات الصغيرة - البروتونات (ع) ، الديوترونات (د) ، ونوى الهيليوم 3 (3He) - ونوى الذهب (الاتحاد الأفريقي) تخلق نقاط ساخنة صغيرة من بلازما الكوارك - جلون ، فإن نمط الجزيئات التي التقطها المكشاف يجب الاحتفاظ ببعض

من المتوقع أن تسلط دراسة هذا السائل الضوء على القوة التي تحكم الربط بين الكواركات والغلونات ، والجزيئات الأساسية التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات وبالتالي جميع المواد المرئية من حولنا. لكن ما لم يتوقعه الباحثون ، هو أن يكونوا قادرين على إعادة إنتاج هذا السائل من الجزيئات الأساسية.

اكتشف علماء الفيزياء النووية المنتج الغريب بينما يقومون بتحليل البيانات من جهاز الكشف فينكس لمختبر Brookhaven Lab في Collativistic Heavy Ion Collider (RHIC) الذي ينشرون نتائجهم هذا الأسبوع في مجلة Nature Physics.

ساعد جيمي ناجل ، أحد المتعاونين في فينكس ، في وضع الخطة التجريبية وكذلك المحاكاة النظرية التي سيستخدمها الفريق لاختبار نتائجهم: "هذا العمل هو تتويج لسلسلة من التجارب المصممة لهندسة شكل قطرات بلازما الكوارك-غلوون ".

تم هذا الاكتشاف عندما قام الفريق بفحص مسارات الجسيمات التي تم إنشاؤها بواسطة تأثير المقذوفات الصغيرة مثل البروتونات الفردية ، ذرات الديوتيريوم ونواة الهيليوم 3 على "أهداف" نواة الذهب. تم العثور على أنماط تدفق هذه الجسيمات لتتناسب مع هندسة المقذوفات الأصلية ، تمامًا كما كان متوقعًا إذا كانت تنتج سائلًا مثاليًا من بلازما الكوارك-جلون.

وقال Nagle: "RHIC هو المعجل الوحيد في العالم حيث يمكننا إجراء مثل هذه التجربة التي يتم التحكم فيها بإحكام ، حيث تصطدم الجسيمات المكونة من مكون واحد ، واثنين ، وثلاثة مكونات بنفس النواة الأكبر ، وهي الذهب ، وكلها بنفس الطاقة".

مشاهدات سابقة للسوائل المثالية

كاشف فينيكس في المصادم الثقيل الأيوني (مختبر بروكهافن الوطني)

استخدام RHIC ، أكبر مسرع للجسيمات في العالم قبل تنشيط LHC ، سمح في السابق للفيزيائيين بمراقبة تدفق السوائل المثالية من قبل ووجودها راسخ. عندما تصطدم نوى جزيئات الذهب بسرعات قريبة من الضوء ، على سبيل المثال ، فإن الطاقة الشديدة لمئات البروتونات والنيوترونات المتصادمة تذوب حدود الجزيئات المتفاعلة ، مما يسمح للغلونات المكونة للجرونات والكواركات بالتفاعل بحرية.

تصور حاسوبي لبلازما كوارك-غلوون 7،200،000،000،000⁰⁰ تم إنشاؤها في مصادم RHIC في عام 2010 (مختبر بروكهافن الوطني)

يتدفق هذا السائل الناتج مثل السائل ذو اللزوجة المنخفضة للغاية مما يسمح بتدرجات الضغط التي تم إنشاؤها في وقت مبكر من التصادم للاستمرار والتأثير على كيفية إصابة جزيئات أخرى للكاشف.

وهذا يعني أن الجسيمات التي تضرب الكاشف تحتفظ بـ "ذاكرة" الشكل الأولي لكل قذيفة - كروية في حالة البروتونات ، وبيضاوي الشكل للديوتريونات ، ومثلثة لنوى الهليوم -3.

حلل فينيكس قياسات لنوعين مختلفين من تدفق الجسيمات (بيضاوي الشكل ومثلث) من أنظمة التصادم الثلاثة ومقارنتها بالتنبؤات بما ينبغي توقعه استنادًا إلى الهندسة الأولية.

وقالت جوليا فيلكوفسكا ، نائبة المتحدث الرسمي باسم فينيكس ، التي قادت فريقًا مشاركًا في التحليل بجامعة فاندربيلت: "تتوافق القياسات مع التوقعات بناءً على الشكل الهندسي الأولي. نحن نرى ارتباطات قوية للغاية بين الهندسة الأولية وأنماط التدفق النهائي ، وأفضل طريقة لتوضيح ذلك هي أن بلازما الكوارك-الغلوون تم إنشاؤها في أنظمة التصادم الصغيرة هذه. "

قارنت الفرق بين أنماط التدفق الهندسي الناتجة في هذه التجربة الأخيرة ونظرية الديناميكا المائية التي مكنتها من استبعاد الارتباطات التي اقترحتها نظريات أخرى في الفيزياء مثل ميكانيكا الكم لتصادمات الذهب التي أجريت سابقًا.

وقالت فيلكوفسكا: "مع تساوي كل شيء آخر ، ما زلنا نرى تدفقًا بيضاويًا أكبر للديوترون-الذهب من بروتون-الذهب ، الذي يتوافق بشكل أوثق مع نظرية التدفق الهيدروديناميكي ويظهر أن القياسات تعتمد على الهندسة الأولية". "لكن بناءً على ما نراه وتحليلنا الإحصائي للاتفاق بين النظرية والبيانات ، فإن هذه التفاعلات ليست هي المصدر السائد لأنماط التدفق النهائي."

سوف يقوم PHNIX الآن بفحص البيانات المستقاة من هذه التجارب لتحديد درجة الحرارة المحققة في الاصطدامات الصغيرة ، والتي إذا كانت ساخنة بدرجة كافية ستدعم أيضًا إنشاء بلازما كوارك-غلوون.

البحث الأصلي: https://www.nature.com/articles/s41567-018-0360-0