كثيرا ما يقال أنه في لحظاته الأولى كان الكون في حالة حارة وكثيفة. بينما يعد هذا وصفًا دقيقًا بشكل معقول ، إلا أنه غامض تمامًا أيضًا. ما هي بالضبط تلك كانت ساخنة وكثيفة ، وما هي الحالة التي كانت فيها؟ تتطلب الإجابة عن هذا السؤال نمذجة نظرية معقدة وتجارب عالية الطاقة في فيزياء الجسيمات. لكن كما أظهرت دراسة حديثة ، نحن نتعلم الكثير.
وفقًا لفيزياء الجسيمات والنموذج الكوني القياسي ، ظهرت المادة في أول ميكروثانية من الكون. يُعتقد أن هذه المسألة الأولية عبارة عن حساء كثيف من تتفاعل الكواركات في بحر من الغلوونات. تُعرف حالة المادة هذه باسم بلازما كوارك-غلوون (QGP). يخضع سلوك QGP للقوة الشديدة ، وفقًا لقوانين الديناميكا اللونية الكمومية (QCD). بينما نفهم QCD جيدًا نسبيًا ، فإن رياضيات النظرية معقدة للغاية بحيث يصعب حسابها. حتى مع أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، من الصعب حساب حالة تفاعلات الكوارك-غلوون الكثيفة.
نظرة داخل ALICE على مصادم هادرون الكبير. ALICE هو أحد أجهزة الكشف عن الجسيمات الأربعة في LHC. الصورة: CERN / LHC
البديل هو استخدام مصادم الهادرونات الكبير في سيرن. سحق الجزيئات معًا بسرعة الضوء تقريبًا ، ويمكنك صنع حساء الكوارك-غلوون لفترة وجيزة من الزمن. نظر تعاون ALICE في هذه الأنواع من الاصطدامات ليس فقط لدراسة حالة QGP ولكن أيضًا كيفية تحولات البلازما لتشكيل الهادرونات. النوعان الأكثر شيوعًا من الهادرونات هما البروتونات والنيوترونات ، والتي تشكل نوى الذرات.
أحد اكتشافاتهم المفاجئة هو أن بلازما الكوارك-غلوون لا تتصرف مثل غاز كثيف ، على غرار البلازما الأخرى. بدلاً من ذلك ، يعمل QGP كسائل كثيف يشبه الماء. نتيجة لذلك ، فإن كثافته الإجمالية أكثر سلاسة. هذا الاختلاف دقيق ، لكنه يمكن أن يحمل مفاتيح لفهم التحول الحرج الذي حدث على الأرجح في الكون المبكر.
في النموذج الكوني القياسي ، خضع الكون المبكر لتغير طوري دراماتيكي ليتحول إلى الكون الذي نراه اليوم. قبل فترة QGP ، شهد الكون فترة توسع أسي. تمدد الكون المرئي على الفور تقريبًا بمعامل 1026وتبريدها بمعامل 100.000. بدأ هذا التوسع والتبريد الفائق في فترة QGP ، لذا فإن فهم سلوكه المائع يساعدنا في دراسة تلك الفترة الانتقالية.
لا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن الكون المبكر. تعتبر مثل هذه الدراسات من تعاون ALICE ضرورية لفهمنا. إنهم يدفعون حدود فيزياء الطاقة العالية ويواصلون قلب توقعاتنا.
المرجعي:أشاريا ، س ، وآخرون. ' قياسات التراكم التوافقي المختلط في تصادمات Pb-Pb عند sNN = 5.02 TeV . 'رسائل الفيزياء ب(2021): 136354.
