ساعد علماء الفيزياء “الانفجار الصغير” على دراسة الكون الرضيع

بدأ كوننا مع إحداث ضجة فجرت كل شيء إلى حيز الوجود. لكن ما حدث بعد ذلك هو لغز. يعتقد العلماء أنه قبل أن تتشكل الذرات – أو حتى البروتونات والنيوترونات التي تتكون منها – ربما كان هناك مزيج شهي وساخن من جسيمين أوليين يُطلق عليهما الكواركات والغلونات ، يتماوجان في الفضاء على شكل بلازما. ونظرًا لعدم وجود أي شخص لمراقبة اللحظات الأولى من الكون ، يحاول تحالف من الباحثين إعادة إدارة التاريخ.

باستخدام مصادم الأيونات الثقيل النسبي في مختبر بروكهافن الوطني ، قاموا بشكل أساسي بإنشاء “انفجار صغير” ويستخدمونه لسبر خصائص بلازما كوارك-غلوون. ستساعد هذه النتائج علماء الكونيات على تحسين صورتهم التي لا تزال غامضة للكون المبكر ، وكيف تبرد الحالة المرهقة من المادة الوليدة واندمجت في الكواكب والنجوم والمجرات اليوم.

يقول الفيزيائي رونغ رونغ ما ، الذي يعمل مع متعقب الملف اللولبي في مصادم الأيونات الثقيلة النسبي ، أو STAR ، وهو كاشف مخصص لفحص بلازما كوارك-غلوون: “نفكر في جزء من الثانية بعد الانفجار العظيم ، كان الكون في هذه المرحلة”. . “لذا إذا استطعنا فهم خصائص هذه المادة من التجارب ، فسيغذي ذلك فهمنا لكيفية تطور الكون.”

العلماء غير متأكدين من المدة التي استمرت فيها مرحلة البلازما هذه – فقد تكون في أي مكان من بضع ثوانٍ إلى آلاف السنين. ربما لا يزال موجودًا حتى اليوم في النوى الكثيفة للنجوم النيوترونية ، أو يتم صنعه عندما تصطدم جسيمات فائقة الطاقة بالغلاف الجوي للأرض ، لذا فإن التعرف على خصائصها يمكن أن يساعد في توصيف فيزياء أكثر البيئات الكونية تطرفًا.

من المستحيل دراسة هذه الأيام الأولى للكون باستخدام التلسكوبات ، التي لا يمكن أن تصل إلا إلى الخلفية الكونية الميكروية – أول ضوء انبثق من الكون المبكر الكثيف ، بعد مائة ألف سنة من الانفجار العظيم. كل شيء قبل ذلك هو حقبة مظلمة من علم الكونيات بالمعنى الحرفي والمجازي. يمكن أن تساعد المحاكاة النظرية في سد هذه الفجوة ، كما يقول جاكي نورونها-هوستلر ، عالِم الفيزياء النووية بجامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، لكن أجهزة الكشف مثل STAR “تسمح لك بفهم نظام مشابه جدًا للانفجار العظيم بشكل تجريبي.”

بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم العثور على الكواركات والجلوونات بمفردها في الطبيعة ، مما يجعل من الصعب دراستها بمعزل عن غيرها. تقول هيلين كاينز ، عالمة الفيزياء في جامعة ييل والمتحدثة باسم تجربة ستار: “لا يمكننا اقتلاع واحدة وفحصها”. بدلاً من ذلك ، هم عالقون في حالات مركبة: البروتونات ، والنيوترونات ، والمواد الأكثر غرابة مثل upilons ، و pions ، و kaons. ولكن في درجات حرارة عالية بما يكفي ، تبدأ الحدود بين هذه الجسيمات المركبة في التلاشي. “وهذا هو بلازما كوارك-غلوون” ، كما يقول كينز. لا تزال محصورة في بعض الحجم ، لكن الكواركات والغلونات داخل هذا الفضاء لم تعد مدمجة معًا. في الواقع ، كما تقول ، قد تكون تسمية “البلازما” تسمية خاطئة نوعًا ما ، لأنها تتصرف في الواقع مثل السوائل ، حيث تتدفق.

في مارس ، أفاد العلماء في Brookhaven في رسائل المراجعة البدنية أنهم كانوا قادرين على توليد بلازما الكوارك-غلوون لفترة وجيزة في الوقت المناسب عن طريق تسريع حزمتين من نوى الذهب بالقرب من سرعة الضوء ، ثم اصطدامهما ببعضهما البعض. ثم جاء الجزء الذكي: لقد استخدموا هذا الاصطدام لحساب مدى سخونة بلازما ما بعد الانفجار العظيم.