دانشمندان MIT برای اولین بار، به شواهد مستقیمی دست یافتیم که نشان میدهد کوارکهایی که از میان پلاسمای کوارک-گلئون پرواز میکنند، دنبالههای چرخشی را پشت سر خود بر جای میگذارند. این کشف تأیید می کند که سوپ اولیه کیهان اولیه به جای مخلوطی آشفته از ذرات منفرد، مانند یک مایع رفتار می کرد.
نتایج در مجله Physics Letters منتشر شده است.
اولین لحظات کیهان
در اولین میکروثانیه های پس از انفجار بزرگ، فضا با مخلوط داغ کوارک ها و گلوئون ها در دمای تریلیون ها درجه پر شد. این “پلاسمای کوارک-گلوئون” برای مدت بسیار کوتاهی وجود دارد تا اینکه کوارک ها و گلوئون ها به صورت پروتون ها، نوترون ها و دیگر ذرات بنیادی که ماده مدرن را تشکیل می دهند ترکیب شوند.
فیزیکدانان سرن در حال بازسازی این سوپ اولیه با برخورد یون های سنگین با سرعت تقریباً نور هستند. برخوردها باعث ایجاد قطرات پلاسما کوتاه مدت می شوند که می توان آنها را با استفاده از آشکارسازها و الگوریتم های پیچیده بررسی کرد.
پروفسور ین جی لی گفت: «ما اساساً در حال گرفتن یک عکس فوری از نحوه تعامل کوارک ها با مایعات شدید هستیم.
گرداب کوارکی
این تیم دریافت که کوارکهای منفرد که در پلاسما پرواز میکنند، چرخشهای قابلتوجهی شبیه به امواج ایجاد شده توسط یک اردک روی سطح آب از خود به جای میگذارند. این نشان می دهد که پلاسما به صورت یک سیال منفرد واکنش می دهد و سرعت کوارک ها را کاهش می دهد و باعث می شود انرژی در امواج و گرداب ها توزیع شود.
برای انجام مشاهدات، فیزیکدانان از یک رویکرد منحصر به فرد بوزون Z استفاده کردند. این ذرات خنثی عملاً با پلاسما برهمکنش ندارند، بنابراین هرگونه موج یا گردابی به طور خاص در پشت کوارک شناسایی می شود. محققان حدود 13 میلیارد برخورد را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند و از بین آنها حدود 2000 رویداد بوزون Z را انتخاب کردند که به آنها اجازه می دهد تا اثرات کوارک های منفرد بدون تحریف ذرات دیگر مشاهده شوند.
لی توضیح میدهد: «وقتی کوارکها با بوزونهای Z حرکت میکنند، گردابهایی در جهت مخالف تشکیل میشوند و تصویری واضح از رفتار پلاسمای اولیه به ما میدهند.
تئوری را تست کنید
پیشبینیهای قبلی در مورد ماهیت مایع پلاسمای کوارک-گلئون بخشی از یک مدل ترکیبی توسط پروفسور کریشنا راجاگوپال در MIT بود. این تئوری معتقد است که کوارکی که از یک پلاسمای متراکم عبور میکند، دنبالهای قابل مشاهده در پشت آن ایجاد میکند که باعث پاشیدن و موجریزی ذرات میشود. نتایج جدید کاملاً این محاسبات را تأیید می کند.
دانیل پابلو از دانشگاه اویدو گفت: “این مدرکی است که مدت ها در انتظار آن بودیم که فیزیکدانان سال ها منتظر آن بوده اند.”
کشف مهم فیزیک
اندازهگیری اندازه، شکل و زمان اتلاف گردابها به درک ویژگیهای داخلی پلاسمای کوارک گلوئون کمک میکند. دانشمندان می توانند چگالی، ویسکوزیته و فعل و انفعالات ذرات آن را در دماهای بسیار بالا مطالعه کنند و بینشی از رفتار ماده در اولین میکروثانیه های کیهان ارائه دهند.
لی در پایان گفت: “ما اولین شواهدی را به دست آوردیم که نشان میدهد کوارک پلاسما را با خود میکشد و گردابهای قابل مشاهده ایجاد میکند. این به ما امکان میدهد سوپ اولیه را بهعنوان یک مایع واقعی مطالعه کنیم، نه مخلوطی آشفته از ذرات، و فرصتهای جدیدی را برای درک جهان اولیه باز میکند.”