أفادت أربعة فرق من الباحثين في اجتماع عقدته الجمعية الفيزيائية الأمريكية في 18 أبريل أن علماء الفيزياء الذين يعملون على إعادة تكوين المادة التي كانت موجودة عند ولادة الكون ، توقعوا شيئًا مثل الغاز وانتهى به الأمر بالسائل 'المثالي'. يقود معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أحد الفرق.
'لقد قادتنا هذه النتائج المذهلة حقًا إلى استنتاج أننا نرى شيئًا جديدًا تمامًا - شكل غير متوقع من المادة - يفتح آفاقًا جديدة للتفكير حول الخصائص الأساسية للمادة والظروف التي كانت موجودة بعد [الانفجار العظيم] مباشرةً ، قال ريموند أورباخ ، مدير مكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية ، الداعم الرئيسي للبحث.
على عكس السوائل العادية ، حيث تتحرك الجزيئات الفردية بشكل عشوائي ، يبدو أن المادة الجديدة تتحرك في نمط يُظهر درجة عالية من التنسيق بين الجسيمات - شيء مثل مدرسة الأسماك التي تستجيب ككيان واحد أثناء التنقل عبر بيئة متغيرة. هذه الحركة السائلة تكاد تكون 'مثالية' ، كما تحددها معادلات الديناميكا المائية.
تخيل مجرى من العسل ، ثم تيار من الماء. قال ويت بوسزا ، رئيس فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأستاذ الفيزياء فرانسيس فريدمان: 'يتدفق الماء بسهولة أكبر بكثير من العسل ، ويبدو أن السائل الجديد الذي صنعناه يتدفق بسهولة أكبر بكثير من الماء'. أعضاء هيئة التدريس الآخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المشاركين في العمل هم البروفيسور بوليك ويسلوش والأستاذ المساعد غونتر رولاند ، وكلاهما من الفيزياء.
يلاحظ Busza أن النتائج لا تستبعد وجود شكل من المادة يشبه الغاز في مرحلة ما في الكون الفتى ، لكن البيانات تشير إلى 'شيئًا مختلفًا ، وربما أكثر إثارة للاهتمام ، في كثافات الطاقة المنخفضة التي تم إنشاؤها في RHIC (مصادم الأيونات الثقيل النسبي). '
أدى البحث أيضًا إلى العديد من المفاجآت الأخرى. على سبيل المثال ، قال رولاند: 'هناك أناقة نراها في البيانات لا تنعكس في فهمنا النظري - حتى الآن'.
ولادة الكون
يعتقد الفيزيائيون أن الكون يتكون من غاز من أجسام ضعيفة التفاعل ، كواركات وغلوونات من شأنها أن تتجمع معًا في نهاية المطاف لتشكل نواة ذرية ومادة كما نعرفها.
لذلك ، على مدار الـ 25 عامًا الماضية ، عمل العلماء على إعادة تكوين هذا الغاز ، أو بلازما الكوارك-غلوون ، من خلال بناء محطمات ذرات أكبر من أي وقت مضى. قال Busza: 'الفكرة هي تسريع النوى إلى ما يقرب من سرعة الضوء ، ثم جعلها تتصادم بشكل مباشر'. 'في ظل هذه الظروف من المتوقع أن تتكون البلازما.' تم تحقيق النتائج الحالية في المصادم الأيوني الثقيل النسبي الموجود في مختبر Brookhaven الوطني التابع لوزارة الطاقة.
يقوم RHIC بتسريع نوى الذهب في أنبوب دائري يبلغ قطره حوالي 2 كيلومتر. تتصادم النوى في أربعة أماكن ، وحول تلك المواقع قامت فرق من العلماء ببناء أجهزة كشف لجمع البيانات. الأدوات الأربعة - STAR و PHENIX و PHOBOS و BRAHMS - تختلف في مناهجها لتتبع وتحليل سلوك الجسيمات. يلخص العمل الذي تم الإبلاغ عنه في اجتماع APS السنوات الثلاث الأولى من نتائج RHIC من جميع الأجهزة الأربعة. سيتم أيضًا نشر الأوراق من كل فريق في وقت واحد في عدد قادم من مجلة الفيزياء النووية أ.
معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هو المؤسسة الرائدة لـ PHOBOS ، وهو تعاون بين الولايات المتحدة وبولندا وتايوان. قال Busza ، الذي طور مفهوم الجهاز ، 'نحن صغيرون جدًا'. تبلغ تكلفة كل من STAR و PHENIX حوالي 100 مليون دولار ولديها حوالي 400 موظف. تكلفنا أقل من 10 ملايين دولار ولدينا حوالي 50 شخصًا. (BRAHMS صغير أيضًا.)
ومع ذلك ، حصل فريق PHOBOS على النتائج الفيزيائية الأولى من ثلاثة من أصل خمسة أشواط تجريبية لـ RHIC وتعادلوا لأول مرة في رابع. (لا يزال الشوط الخامس قيد التحليل).
بالنسبة لإحدى هذه العمليات ، جمع الفريق البيانات ، وحللها وقدم ورقة عن العمل كله في غضون خمسة أسابيع. قال بوسزا ، الذي ينسب الفضل لرولاند في التحول السريع: 'هذا لم يسمع به في فيزياء الطاقة العالية'. 'لقد كان الشخص الذي تمكن من استخراج الفيزياء من البيانات.'
ماذا بعد؟
على الرغم من أن أجهزة الكشف عن RHIC الأكبر ستستمر في جمع البيانات ، فقد تم إيقاف PHOBOS. قال بوسزا: 'من منظور التكلفة والفائدة ، نشعر أننا استخلصنا أكبر قدر ممكن من المعرفة من تجربة صغيرة كهذه'.
لذا فإن الفريق يتطلع الآن إلى المستقبل. يأمل الأعضاء في مواصلة دراستهم في خليفة RHIC ، مصادم الهادرونات الكبير (LHC) الذي يجري بناؤه في أوروبا. سيكون لهذه المنشأة 30 ضعف طاقة الاصطدام من RHIC ، مما سيجعل العلماء أقرب بكثير إلى الظروف عند ولادة الكون. قال بوسزا: 'في LHC سنختبر ما نعتقد أننا تعلمناه من RHIC'. واختتم حديثه قائلاً: 'نتوقع أيضًا مفاجآت جديدة ، وربما مفاجآت أكبر'.
موظفو الأبحاث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المشاركون حاليًا في PHOBOS هم مارتن بالينتين ، وبيوتر كولينتش ، وكريستوف رولاند ، وجورج ستيفانز ، وروبن فيردير ، وجيريت فان نيوينهويزين ، وكونستانتين لويزيدس. ستة طلاب دراسات عليا هم أيضا في الفريق ؛ وقد أسفر البحث بالفعل عن خمس أطروحات ، مع اثنتين في الطريق.
المصدر الأصلي: بيان صحفي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
