في خطوة هامة في عالم الفيزياء الجزيئية، نجح كاشف جسيمات جديد في اجتياز اختبار حاسم يثبت جاهزيته للكشف عن “رماد” بلازما الكوارك-غلوون. هذه الحالة الفريدة من المادة كانت تملأ الكون مباشرة بعد الانفجار العظيم، وتعد فهمها مفتاحًا لفهم بدايات الكون.
التجربة في مسرع الجسيمات RHIC
يُعتبر كاشف sPHENIX أحدث تجربة في مسرع الجسيمات RHIC في مختبر بروكهافن الوطني في نيويورك. يُعد RHIC ثاني أقوى مسرع جسيمات في العالم بعد مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، حيث يُحطم البروتونات وأيونات العناصر الثقيلة مثل الذهب بسرعات تقارب سرعة الضوء لخلق بلازما الكوارك-غلوون، وهي حالة المادة التي وُجدت لفترة وجيزة بعد الانفجار العظيم.
توجد بلازما الكوارك-غلوون فقط في درجات حرارة وكثافات عالية للغاية، وتُعتبر “حساء” من الكواركات والغلوونات الحرة، وهي الجسيمات الأساسية التي تُكون البروتونات. قد يكشف فهم بلازما الكوارك-غلوون عن الظروف التي كانت سائدة في الكون خلال أولى الميكروثواني وكيف أدى ذلك إلى تكوين البروتونات والنيوترونات — وأخيرًا المادة التي تملأ الكون اليوم.
اجتياز اختبار “الشمعة القياسية”
لاختبار جاهزية كاشف sPHENIX تم استخدام اختبار يُعرف في الفيزياء الجزيئية باسم “الشمعة القياسية”. لا ينبغي الخلط بين هذا الاختبار والانفجارات النجمية نوع 1a التي يستخدمها الفلكيون لقياس المسافات الكونية. في هذه الحالة، تشير “الشمعة القياسية” إلى قياس ثابت معروف يمكن استخدامه لتقييم دقة الكاشف.
اجتاز مشروع sPHENIX هذا الاختبار من خلال قياس عدد الجسيمات التي تتكون عندما تصطدم أيونات الذهب معًا بسرعة تقارب سرعة الضوء، ومن خلال قياس الطاقة الجماعية لهذه الجسيمات. كما تمكن الكاشف من تحديد عدد الجسيمات المشحونة التي تم إطلاقها خلال اصطدام مباشر بين أيونات الذهب وتلك التي تم إطلاقها في تصادم جزئي بين أيونات الذهب.
رؤى جديدة حول بلازما الكوارك-غلوون
عند تكوين بلازما الكوارك-غلوون في مسرعات الجسيمات، فإنها تستمر لفترة وجيزة جدًّا، حيث لا تزيد عن سكستيليون من الثانية، وتصل درجات حرارتها إلى عدة تريليونات من الدرجات. خلال هذه الفترة الوجيزة، تتصرف الجسيمات كمائع مثالي بدلاً من كونها مجموعة من الجسيمات العشوائية.
عندما تبرد البلازما، تختفي هذه الحالة الغريبة، وتتكون البروتونات والنيوترونات التي تبتعد بسرعة عن موقع الاصطدامات الجزيئية الأولية. ومن هنا، يسعى العلماء لقياس الجسيمات الناتجة عن تحلل البلازما لإعادة بناء خصائص البلازما التي تختفي في لحظة.
الخاتمة
يعد كاشف sPHENIX بديلاً للجيل القادم لتجربة PHENIX السابقة في مختبر بروكهافن الوطني. بفضل قدرته على قياس 15,000 تصادم جزيئي في الثانية، يوفر الكاشف نظامًا متقدمًا لتعقب عدد الجسيمات وأشكالها وطاقاتها ومساراتها. من خلال هذه التطورات، يتيح لنا sPHENIX فرصة لفهم أعمق لعالم الجسيمات الدقيقة وظروف الكون في بداياته، وهو ما يمثل خطوة كبيرة نحو فهم جذور نشأة الكون.
