ابتكر الفيزيائيون ثلاثة أشكال مختلفة من قطرات بلازما الكوارك جلون باستخدام مصادم الأيونات الثقيلة النسبية في مختبر بروكهافن الوطني. هذه البلازما هي نوع غريب من المادة التي ملأت الكون في أول مللي ثانية بعد الانفجار الكبير.
(الصورة: © Javier Orjuela Koop)
في أول جزء من الثانية بعد الانفجار الكبير ، لم يكن الكون سوى "حساء" ساخن للغاية من الكواركات والغلونات - الجسيمات دون الذرية التي ستصبح اللبنات الأساسية للبروتونات والنيوترونات. الآن ، بعد 13.8 مليار سنة ، أعاد العلماء إنشاء هذا الحساء البدائي في المختبر.
باستخدام مصادم الأيونات الثقيلة النسبية في مختبر بروكهافن الوطني في أبتون ، نيويورك ، قام الفيزيائيون بتوليد قطرات صغيرة من بلازما الكوارك-جلون عن طريق تحطيم مجموعات مختلفة من البروتونات والنيوترونات. ووجد الباحثون أن الكواركات والغلونات التي تكونت من البروتونات والنيوترونات تحررت خلال هذه التصادمات وتصرفا كسائل.
اعتمادًا على مجموعة الجزيئات التي حطمها الباحثون معًا ، شكلت كرات البلازما الصغيرة الشبيهة بالسوائل واحدة من ثلاثة أشكال هندسية متميزة: الدوائر أو الحذف أو المثلثات. [صور: التحديق مرة أخرى إلى الانفجار العظيم والكون المبكر]
وقال جيمي ناجلي ، الفيزيائي بجامعة كولورادو بولدر ، الذي شارك في الدراسة ، في بيان "إن نتائجنا التجريبية قد قربتنا كثيرًا من الإجابة على السؤال عن أصغر كمية من مادة الكون المبكرة التي يمكن أن توجد".
تم إنشاء بلازما Quark-gluon لأول مرة في Brookhaven في عام 2000 ، عندما حطم الباحثون نوى ذرات الذهب معًا. بعد ذلك ، تحدى العلماء في مصادم الهادرون الكبير في جنيف التوقعات عندما صنعوا البلازما عن طريق تحطيم بروتونين معًا. وقال مسؤولون في جامعة كاليفورنيا بولدر في البيان "كان ذلك مفاجئا لأن معظم العلماء افترضوا أن البروتونات الوحيدة لا يمكنها توفير طاقة كافية لصنع أي شيء يمكن أن يتدفق مثل السوائل".
قرر ناجل وزملاؤه اختبار الخواص السائلة لهذه الحالة الغريبة للمادة عن طريق إنشاء كرات صغيرة منها. تنبأ الباحثون أنه إذا تصرفت البلازما حقًا مثل السائل ، فيجب أن تتمكن الكرات الصغيرة من الاحتفاظ بشكلها.
وقال "تخيل أن لديك قطرتان تتوسعان في فراغ". "إذا كانت القطرتان متقاربتين حقًا ، فعندما يتوسعان ، يلتقيان ببعضهما البعض ويدفعان بعضهما البعض ، وهذا ما يخلق هذا النمط."
وقال مسؤولو جامعة كاليفورنيا بولدر "بعبارة أخرى ، إذا قذفت حجرين في بركة قريبة من بعضها البعض ، فإن التموجات من هذه الآثار ستتدفق في بعضها البعض ، لتشكيل نمط يشبه القطع الناقص". "يمكن أن يكون الشيء نفسه صحيحًا إذا حطمت زوج بروتون ونيوترون ، يسمى ديوترون ، إلى شيء أكبر ... وبالمثل ، فإن ثلاثي بروتون بروتون ونيوترون ، والمعروف أيضًا باسم ذرة الهيليوم 3 ، قد يتوسع إلى شيء أقرب إلى مثلث ".
من خلال صدم هذه المجموعات المختلفة من البروتونات والنيوترونات في ذرات الذهب على مقربة من سرعة الضوء ، تمكن الباحثون من فعل ما كانوا يأملون فيه بالضبط: إنشاء نقاط بيضاوية ومثلثية من بلازما الكوارك جلون. عندما حطم العلماء بروتونًا واحدًا في ذرة الذهب ، كانت النتيجة بقعة دائرية من الحساء البدائي.
وصلت هذه القطرات قصيرة العمر من بلازما الكوارك-جلون إلى درجات حرارة تصل إلى تريليونات من الدرجات المئوية. وقال المسؤولون في جامعة كاليفورنيا بولدر إن الباحثين يعتقدون أن دراسة هذا النوع من المادة "يمكن أن يساعد المنظرين على فهم أفضل لكيفية تبريد بلازما الكوارك جلوون الأصلية للكون على مدى مللي ثانية ، مما أدى إلى ولادة أول ذرات موجودة".
تم نشر نتائج هذه الدراسة في 10 ديسمبر في مجلة Nature Physics.
