من خلال تحطيم الجسيمات معًا ، قد يكون الفيزيائيون قد خلقوا أصغر قطرة سائل في الكون - حبة بحجم البروتون من الحساء الساخن البدائي.
حساء الجسيمات هذا هو بلازما كوارك جلون ، وهو السائل الذي ملأ الكون خلال أول ميكروثانية بعد الانفجار العظيم. إنها تصل إلى تريليونات من الدرجات ، وبالكاد تحت أي احتكاك ، فإنها تتلاشى بالقرب من سرعة الضوء.
قالت جاكلين نورونها - هوستلر ، الفيزيائية النظرية في جامعة روتجرز في نيوجيرسي: "إنه أكثر السوائل تطرفاً التي نعرفها".
اصطدم الفيزيائيون الجسيمات لإنشاء هذا الحساء البدائي من قبل ، وقد اقترحت بعض التجارب أن تصادمات معينة تنتج قطرات صغيرة مثل البروتونات. في ورقة بحثية جديدة نُشرت في 10 ديسمبر في مجلة Nature Physics ، أفاد علماء الفيزياء من تجربة التفاعل النووي عالي الطاقة الرائدة (PHENIX) بما قد يكون أكثر الأدلة إقناعاً حتى الآن على أن مثل هذه القطرات يمكن أن تكون صغيرة جدًا.
قال جيمي ناجلي ، الفيزيائي بجامعة كولورادو بولدر ، الذي حلل البيانات في أحدث التجارب: "إن ذلك يدفعنا حقًا إلى إعادة التفكير في فهمنا للتفاعلات وظروف هذا النوع من تدفق القطرات". يمكن أن تساعد النتائج علماء الفيزياء على فهم أفضل لبلازما الكوارك-جلون للكون المبكر وطبيعة السوائل.
وقالت نورنها هوستلر ، التي لم تكن جزءًا من التجارب الجديدة ، لـ Live Science: "هذا يعني أن علينا إعادة كتابة معرفتنا بما يعنيه أن تكون سائلاً".
أُجريت التجارب في مصادم الأيونات الثقيلة النسبية (RHIC) في مختبر بروكهافن الوطني في نيويورك ، حيث ابتكر الفيزيائيون أول بلازما كوارك جلون في عام 2005 عن طريق اصطدام النوى الذرية معًا. الكوارك هو الجسيم الأساسي الذي يتكون من البروتونات والنيوترونات ، والتي تشكل بدورها النوى الذرية. Gluons هي الجسيمات الحاملة للقوة التي تحمل الكواركات معًا في بروتون أو نيوترون عبر القوة القوية ، إحدى القوى الأساسية للطبيعة.
قال نورنها هوستلر إن الفيزيائيين افترضوا سابقًا أن قطرات بلازما الكوارك جلون يجب أن تكون كبيرة نسبيًا. ولتدفق القطرة مثل السوائل ، ذهب التفكير ، كان يجب أن يكون الكائن أكبر بكثير من الجسيمات المكونة له. قطرة الماء النموذجية ، على سبيل المثال ، أكبر بكثير من جزيئات الماء الخاصة بها. من ناحية أخرى ، يعتقد الباحثون أن مجموعة صغيرة من ثلاثة أو أربعة جزيئات ماء فردية ، على سبيل المثال ، لن تتصرف مثل السائل.
لذا ، لجعل قطرات بلازما الكوارك جلون أكبر حجم ممكن ، قام علماء الفيزياء في RHIC بتجميع نوى ذرية كبيرة مثل الذهب ، والتي تنتج قطيرات ذات حجم مماثل - أكبر بحوالي 10 مرات من البروتون. لكن الفيزيائيين وجدوا أنه عندما اصطدموا بجسيمات أصغر ، اكتشفوا بشكل غير متوقع تلميحات من قطرات سائل بحجم البروتون - على سبيل المثال ، في التصادمات بين البروتونات التي تتم في مصادم الهادرون الكبير بالقرب من جنيف.
لمعرفة ما إذا كانت هذه القطرات الصغيرة موجودة بالفعل ، قام الفيزيائيون الذين يشغلون كاشف PHENIX في RHIC بإطلاق البروتونات ؛ نوى الديوتيرون ، التي تحتوي كل منها على بروتون ونيوترون ؛ ونوى الهليوم 3 في نوى الذهب. يعتقد العلماء أنه إذا شكلت هذه التصادمات قطرات سائلة من بلازما الكوارك جلون ، فإن القطرات سيكون لها أشكال مختلفة اعتمادًا على ما تضربه نوى الذهب. ضرب بروتون يخلق قطرة مستديرة. سينتج الديوترون قطرة بيضاوية الشكل ، وسيصنع الهيليوم -3 قطيرة مثلثة.
ستعيش هذه القطرة لمدة 100 مليار فقط من الثانية قبل أن تتسبب الحرارة الشديدة في تمدد القطرة بسرعة كبيرة بحيث انفجرت في موجة من الجسيمات الأخرى.
من خلال قياس حطام الجسيمات هذا ، أعاد الباحثون بناء القطرة الأصلية. بحثوا عن أشكال بيضاوية ومثلثة في كل نوع من أنواع التصادم الثلاثة ، مما أدى إلى إجراء ستة قياسات إجمالية. استغرقت التجارب عدة سنوات ، وفي النهاية اكتشف الباحثون الأشكال المنبهة ، مشيرين إلى أن التصادمات خلقت قطرات بحجم بروتون.
قال ناجل لـ Live Science: "مع مجموعة كاملة من ستة قياسات ، من الصعب أن يكون هناك تفسير مختلف باستثناء صورة القطيرات".
في حين أن النتائج مقنعة ، قالت Noronha-Hostler إنها ليست متأكدة تمامًا حتى الآن. لا يزال الباحثون بحاجة إلى قياسات أفضل للطائرات التي تنفجر من تصادم الجسيمات. إذا كانت قطرات السائل الصغيرة قد تشكلت ، فإن التأثيرات بين نوى الذهب والبروتونات أو الديوترونات أو الهيلوم -3 يجب أن تنتج جزيئات عالية السرعة تشكل طائرات ، والتي كانت ستنطلق بعد ذلك من خلال قطرات الكوارك جلون التي تم إنشاؤها حديثًا. عندما تطير الطائرة عبر السائل ، كانت ستفقد الطاقة وتتباطأ ، مثل رصاصة تنتقل عبر الماء.
ولكن حتى الآن ، تظهر القياسات أن الطائرات لم تفقد الكثير من الطاقة كما هو متوقع. قال Noronha-Hostler ، إن التجارب المستقبلية ، مثل النسخة المطورة من PHENIX التي من المقرر إطلاقها في عام 2023 ، يجب أن تساعد الفيزيائيين على فهم ما يجري بشكل أفضل - وتحديد ما إذا كانت مثل هذه القطرات الصغيرة موجودة بالفعل أم لا.
