العلماء يصنعون حساء جسيمات بقوة 3.3 تريليون درجة لتقليد الكون بعد الانفجار الكبير مباشرة

العلماء يقيسون درجة حرارة الكون بعد الانفجار الكبير مباشرة

بقلم كلارا موسكوفيتش حرره لي بيلينغز

على مدى ربع القرن الماضي، استخدم العلماء مصادم الجسيمات في لونغ آيلاند، وقاموا بتحطيم نوى ذرات الذهب معًا بسرعة تقارب سرعة الضوء لإنشاء المادة الأكثر سخونة على الإطلاق على الأرض. إن حساء الجسيمات المتولدة من الاصطدام يحاكي الكون كما كان بعد الانفجار الأعظم مباشرة. والآن تمكن الباحثون أخيرًا من قياس درجة حرارة هذه المادة بدقة لأول مرة.

بعد تحطم نوى الذهب، ذابت البروتونات والنيوترونات الموجودة بداخلها لتشكل سحابة مشتعلة من بلازما كوارك-غلوون. يعيد هذا الجحيم خلق الظروف التي كانت موجودة منذ فجر التاريخ، عندما كان الكون حارًا وكثيفًا للغاية بحيث لم يتمكن من تكوين ذرات منتظمة، أو حتى مكوناتها مثل البروتونات والنيوترونات. وبدلاً من ذلك، كان الحساء الكوني البدائي عبارة عن فوضى مشتعلة من الجسيمات الأساسية التي تسمى الكواركات، بالإضافة إلى الغلوونات، التي تحمل القوة القوية التي تربط النوى الذرية ببعضها البعض. يقول الفيزيائي تشانغبو شو من مختبر بروكهافن الوطني وجامعة ولاية كينت: “هذه هي اللبنات الأساسية للجسيمات التي تشكل العالم المرئي، ونحن نحاول معرفة كيفية عملها”.

أجريت التجربة في مصادم الأيونات الثقيلة النسبي (RHIC) التابع لمختبر بروكهافن الوطني، داخل كاشف STAR (متتبع الملف اللولبي في RHIC). هناك، تتسابق نوى الذهب على طول حلقة طولها 2.4 ميل، وتصل إلى سرعات مذهلة قبل أن تتصادم معًا وتتفكك إلى بلازما كوارك-غلوون. تدوم كل سحابة بدائية لجزء من الثانية فقط، وتنتج العديد من الجسيمات عندما تبرد، بما في ذلك الفوتونات (جسيمات الضوء) التي تضمحل إلى أزواج من الإلكترونات ونظيراتها من المادة المضادة، البوزيترونات.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

قام الفيزيائيون بقياس نطاقات الكتلة لأزواج الجسيمات هذه لقياس طاقة الفوتونات التي ولدتها، والتي بدورها أظهرت درجة الحرارة التي انبعثت عندها الفوتونات. وكشف هذا أن درجة الحرارة كانت مذهلة إذ بلغت 3.3 تريليون درجة مئوية (5.94 تريليون درجة فهرنهايت)، أي ما يقرب من 220 ألف مرة أكثر سخونة من قلب الشمس. وقد أبلغ العلماء عن نتائجهم في اتصالات الطبيعة.

إن تحديد درجة الحرارة هذه سيساعد الفيزيائيين على معرفة متى وكيف تحول الكون البدائي الناري من بلازما الكوارك والغلوون إلى الوحدات البنائية للذرات. هاتان الحالتان عبارة عن مراحل مختلفة للمادة، تشبه المراحل الصلبة والسائلة والغازية الأكثر شيوعًا في الحياة اليومية. يقول فرانك جورتس من جامعة رايس، المتحدث الرسمي باسم STAR: “نريد أن نرسم ما يمكن أن نطلق عليه “مخطط الطور” الأساسي الذي نعرفه”. “ما الذي يمكن أن يكون أكثر إثارة للاهتمام من المخطط المرحلي لوحدات البناء الأساسية للكون؟”

إن مسرّع RHIC وتجربة STAR الخاصة به هما في المراحل النهائية من تشغيلهما الأخير، بعد أن بدأا قبل 25 عامًا. سيتم إغلاق الآلات في الأشهر القليلة المقبلة لإفساح المجال لمنشأة أكبر تسمى مصادم الإلكترون والأيونات، والتي من المقرر افتتاحها في أوائل ثلاثينيات القرن الحالي. ومع ذلك، حتى بعد إغلاق STAR، سيقوم العلماء بتحليل الدفعة الأخيرة من البيانات على مدى السنوات القليلة المقبلة لزيادة دقة قياساتهم لهذه النار الكونية الأصلية.

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.