چند قطره از سوپ آغازین کیهان

* با به هم کوبیدن هسته های اتمی سنگین که هر یک چند پروتون و نوترون دارد، آن هم با سرعت هایی نزدیک به سرعت نور، می توان شرایط نخستین ثانیه های کیهان را بازسازی کرد.

باور بر این بوده که تنها هسته ی اتم های سنگینی مانند طلا به اندازه ی کافی جرم و انرژی دارند که بتوانند یک سوپ آغازین که از بنیادین ترین ذرات سازنده ی ماده -"کوارک" و "گلوئون"- تشکیل شده را پدید آورند: یک پلاسمای کوارک-گلوئونی (QGP). ولی شگفت آن که به نظر می رسد ذرات کوچک تر هم با برخورد به هسته های سنگین می توانند قطره های کوچکی از این سوپ QGP را پدید آورند. دستاوردهای تازه ی دانشمندان نشان دهنده ی اینست که این قطره های کوچک به جای آن که رفتار چشمداشتیِ گازی از خود بروز دهند، رفتاری مایع-مانند دارند.

این یافته ها نشان می دهند که این ذرات کوچک می توانند قطره های ریزی از آن سوپ ازلی را بیافرینند.

ردیف بالا: قطره هایی که در پی برخورد یون های یک، دو، و سه ذره با یون های بسیار بزرگ ترِ طلا پدید آمد. الگوهای چشمداشتی در صورتی که این برخوردها کانون های ریزی از سوپ آغازین یا همان پلاسمای کوارکی-گلوئونی پدید می آورند.

این اندیشه که برخورد ذرات کوچک با هسته ی مثبت اتم های بزرگ تر هم ممکن است بتواند قطره های ریزی از QGP باستانی را پدید آورَد، به آزمایش هایی برای بررسی آن و توضیح های جایگزین انجامید. این پژوهش به گفتگوهایی داغ درباره ی پیامدها و مفاهیم این یافته ها انجامیده. این آزمایش ها عنصرهایی که برای پدید آوردن QGP نیاز است را نمایان می کنند و می توانند بینش هایی درباره ی ویژگی های بنیادی و آغازین ذرات برخورد کننده به ما بدهند.

با برخورد هسته های طلا در برخورددهنده ی یون های سنگین نسبیتی (RHIC)، یک برخورددهنده ی ذرات برای پژوهش های هسته ای در آزمایشگاه ملی بروکهیوِن، جریان های بیضی-مانندی در برون‌ریزی ذرات دیده شد که نشان می داد ماده ی پدید آمده در این برخوردها به جای آن که رفتاری گازی داشته باشد (چیزی که انتظار می رفت)، مانند یک مایع رفتار می کند. آزمایش های بیشتر تایید کردند که این مایع به راستی از بنیادی ترین ذرات سازنده ی ماده، یعنی کوارک ها و گلوئون ها تشکیل شده، و نیز این که این جریان با کمترین مقاومت رخ می دهد به گونه ای که می توان آن را مایع پلاسمای تقریبا "کامل" دانست.

دانشمندان RHIC هسته های هلیوم-۳ (که هر یک از دو پروتون و یک نوترون درست شده) را به طلا و تک پروتون ها را هم به طلا کوباندند و از این راه جریانی با یک الگوی مثلثی یافتند که با آفرینش قطره های ریز QGP سازگار بود. داده ها همچنین نشان می داد که این برخوردهای میان ذرات کوچک می تواند دماهای بی‌اندازه بالایی که برای آزاد شدن کوارک ها و گلوئون ها نیازست را هم پدید آورد- البته در مقیاسی بسیار کوچک تر و محدودتر از دامنه های به نسبت بزرگِ QGP که در برخورد دو یون سنگین پدید می آمد.

از آن جایی که همه ی شناسه های کلیدی ساخته شدن QGP وجود ندارد، دانشمندان در RHIC دارند بررسی برخورد پروتون ها با یون های طلا را ادامه می دهند- تا ببینند آیا به جز شار ذرات، پدیده ی جالب دیگری هم در این برخوردها رخ می دهد یا نه. توافق گسترده ای بر سر این است که سنجش های انجام شده در RHIC به پیشرفت این بحث نیرومند علمی و شناخت ما از ساختار و برهم کنش های بنیادینِ بنیادی ترین سازنده های ماده ی معمولی خواهد انجامید.

واژه نامه:

atomic nuclei - protons - neutron - atom - gold - quark - gluon - quark-gluon plasma - QGP - Relativistic Heavy Ion Collider - RHIC - Brookhaven National Laboratory - liquid plasma - helium - ion

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان