عرض فني لرذاذ من الجسيمات الناتجة عن اصطدام ذرتين ثقيلتين. وبينما يبرد الحساء دون الذري الساخن، تندفع الجسيمات المتكونة حديثًا إلى الفضاء. المصدر: مختبر جوزيف دومينيكوس، تم تحريره

أعاد العلماء خلق الظروف القاسية للكون المبكر في مسرعات الجسيمات، وكشفوا عن رؤى مذهلة حول تكوين المادة.

تظهر الحسابات الجديدة أن بعض الجسيمات، بما يصل إلى 70%، ربما تكونت من تفاعلات لاحقة بدلاً من حساء الكوارك-غلوون الأولي. .الانفجار العظيم. يتحدى هذا الاكتشاف الافتراضات السابقة حول الجدول الزمني لتشكل المادة، ويشير إلى أن معظم المادة من حولنا تشكلت في وقت متأخر عن المتوقع. ومن خلال فهم هذه العمليات، يمكن للعلماء تفسير نتائج تجارب الاصطدام بشكل أفضل وتحسين معرفتهم بأصل الكون.

إعادة خلق الظروف القاسية للكون المبكر

كانت درجة حرارة الكون المبكر أعلى بـ 250 ألف مرة من حرارة قلب شمسنا. إنه ساخن بدرجة كافية لتكوين البروتونات والنيوترونات التي تشكل المادة اليومية. يعيد العلماء خلق ظروف الكون المبكر في مسرعات الجسيمات، حيث يجمع الذرات معًا بسرعة تقارب سرعة الضوء. يتيح قياس المطر الناتج من الجسيمات للعلماء فهم كيفية تشكل المادة.

يمكن للجسيمات التي يقيسها العلماء أن تتشكل بعدة طرق: من الحساء الأصلي للكواركات والجلونات، أو من تفاعلات لاحقة. بدأت هذه التفاعلات اللاحقة بعد حوالي 0.000001 ثانية من الانفجار الكبير عندما بدأت الجسيمات المركبة المكونة من الكواركات بالتفاعل مع بعضها البعض. حددت عملية حسابية جديدة أن 70% من بعض الجسيمات المقاسة جاءت من هذه التفاعلات اللاحقة، وليس من تفاعلات الكون المبكر.

فهم أصل المادة

ويعزز هذا الاكتشاف الفهم العلمي لأصل المادة. وهذا يمكننا من تحديد مقدار المادة المحيطة بنا التي تشكلت في الأجزاء القليلة الأولى من الثانية بعد الانفجار الكبير، وكم من المادة جاءت من تفاعلات لاحقة مع توسع الكون. والنتيجة هي أن كميات كبيرة من المادة حولنا تتشكل في وقت متأخر عن المتوقع.

لفهم نتائج تجارب التصادم، يجب على العلماء استبعاد الجسيمات التي تتشكل في التفاعلات اللاحقة. فقط تلك التي تشكلت في الحساء دون الذري هي التي تكشف المراحل المبكرة للكون. يوضح هذا الحساب الجديد أن عدد الجزيئات المقاسة المنتجة في التفاعلات أعلى من المتوقع.

أهمية التفاعلات الأخيرة في تكوين الجسيمات

في التسعينيات، أدرك الفيزيائيون أن عددًا كبيرًا من الجسيمات تشكلت من تفاعلات لاحقة بعد مرحلة التكوين الأولي للكون. يمكن للجسيمات التي تسمى ميزونات T أن تتفاعل لتشكل جسيمًا نادرًا، وهو الكارمونيوم. لا يتفق العلماء على مدى أهمية التأثير. نظرًا لأن الكارمونيوم نادر، فمن الصعب قياسه.

ومع ذلك، توفر التجارب الحديثة بيانات حول عدد التصادمات بين الكارمونيوم والميزون T. الفيزيائيون جامعة ييل واستخدمت جامعة ديوك بيانات جديدة لقياس قوة هذا التأثير. وتبين أنها أكثر أهمية مما كان متوقعا. يمكن أن يتكون أكثر من 70% من الكارمونيوم المقاس في التفاعل.

الآثار المترتبة على فهم أصل المادة

عندما يبرد الحساء الساخن المكون من الجسيمات دون الذرية، فإنه يتوسع ليصبح كرة نارية. كل هذا يحدث في أقل من جزء من مائة من الوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر ذرة. ولأنها سريعة جدًا، فإن العلماء ليسوا متأكدين من كيفية تمدد الكرة النارية.

وتظهر الحسابات الجديدة أن العلماء لا يحتاجون إلى معرفة تفاصيل هذا التوسع بالكامل. تنتج الاصطدامات كميات كبيرة من الكارمونيوم. النتيجة الجديدة تقرب العلماء خطوة من فهم أصل المادة.

المرجع: “تجديد Hadronic J/ψ في تصادمات Pb + Pb” بقلم جوزيف دومينيكوس لاب وبيرند مولر، 11 أكتوبر 2023 رسائل الفيزياء ب.
دوى: 10.1016/j.physletb.2023.138246

تم دعم هذا العمل من قبل مكتب الطاقة التابع لوزارة الطاقة، برنامج الفيزياء النووية. كما يشيد أحد الباحثين أيضًا بالضيافة والدعم المالي المقدم خلال إقامته التفرغية في جامعة ييل.