LHC מייצר 'מרק קדמון' של היקום תוך שימוש בפחות חלקיקים ממה שחשבו שאפשר

חלק מהסולנואיד הקומפקטי Muon/CERN

פיזיקאים ב-CERN הצליחו ליצור פלזמה של קווארק-גלאון - 'מרק' החלקיקים חשב שהתקיים ברגעים המוקדמים ביותר שלאחר ה המפץ הגדול - שימוש בפחות חלקיקים ממה שהם אי פעם חשבו שאפשרי. כונה 'הנוזל הקטן ביותר', הגוזל הקדמון החם והצפוף להפליא הזה יכול לעזור לנו להבין איך החומר התנהג והתפתח רק מיקרו-שניות לאחר לידתו של היקום.

'למרות שאנו מאמינים שמצב היקום כמיקרו-שנייה לאחר המפץ הגדול מורכב מפלזמה של קווארק-גלואון, עדיין יש הרבה שאנחנו לא מבינים לגמרי לגבי התכונות של הפלזמה הזו,' אמר אחד החוקרים , Quan Wang מאוניברסיטת קנזס.

בערך 10-12שניות לאחר המפץ הגדול, מדענים חושבים שהיקום היה מורכב מפלזמה של קווארק-גלואון, שאותה הם מסווגים בתור 'נוזל כמעט מושלם' , כי יש לו כמעט אפס חיכוך. מייצר טמפרטורות של בין 4 טריליון ל-6 טריליון מעלות צלזיוס - חם פי 100,000 בערך מאשר מרכז השמש - העניין הזה הוא הדבר החם ביותר נוצר אי פעם על כדור הארץ.



פלזמה של קווארק-גלואון הופקה לראשונה ב-LHC בשנת 2012, אך כעת חוקרים הצליחו להשתמש בפחות חלקיקים ממה שחשבו שאפשרי כדי לפרק פרוטונים וניוטרונים לחלקים הקטנים יותר שלהם, הנקראים קווארקים וגלואונים. כל פרוטון ונייטרון מוותרים על שלושה קווארקים כל אחד, וזה ישחרר את הגלואונים - צורה חסרת מסה של חומר שמחזיקה את הקווארקים יחד בעזרת תופעה המכונה Strong Force.

הודות לכוח הזה, שנקרא גם כוח הצבע, בנסיבות רגילות לא היית יכול להפריד בין פרוטונים וניוטרונים אם תנסה. הסיבה לכך היא שכמות האנרגיה שתצטרכו לעשות זאת תגמור לייצר קווארקים חדשים לגמרי (ומקביליהם, אנטי-קווארקים), שיתפסו את מקומם של הקווארקים שזה עתה 'שחררתם'. זה ידוע בשם כליאת קווארק.

'בעיקרון, אתה לא יכול לראות קווארק מבודד כי כוח הצבע לא מרפה מהם, והאנרגיה הנדרשת כדי להפריד ביניהם מייצרת זוגות קווארקים-אנטיקווארקים הרבה לפני שהם מספיק רחוקים כדי לצפות בנפרד,' האתר של אוניברסיטת ג'ורג'יה סטייט מסביר.

אבל ככל שתצמידו את הקווארקים והגלואונים האלה יחד, כך הכוח הזה נחלש. רסק את החלקיקים שלך יחד ברמות אנרגיה גבוהות להפליא - כמו מה שנוצר בתוך ה-LHC - ובסופו של דבר תקבל 'מרק' צפוף של מרכיבים בודדים ולא אוסף של אטומים גדולים יותר.

'המשמעות היא שהקווארקים במעצר הדוק הם חופשיים לחלוטין לנוע בהם,' אומר מדינת ג'ורג'יה . 'חלק מהטבע של כליאת הקווארקים הוא שככל שאתה מנסה להרחיק את הקווארקים זה מזה, כך גדל כוח ההכלה.'

הצוות מ-Compact Muon Solenoid (CMS) Collaboration במאיץ ההדרון הגדול (LHC) של CERN הצליח לקרוע את הפרוטונים והנייטרונים וליצור פלזמה של קווארק-גלואון על ידי ריסוק פרוטונים לתוך גרעיני עופרת במהירות האור בתוך גלאי ה-CMS.

'הטיפות הזעירות הללו של פלזמה קווארק-גלואון היו בהתחלה הפתעה מסקרנת', אחד מהצוות, ברנדט מולר מהמעבדה הלאומית ברוקהייבן בארה'ב, אמר בהצהרה . 'פיזיקאים חשבו בתחילה שרק לגרעין של אטומים גדולים כמו זהב יהיה מספיק חומר ואנרגיה כדי לשחרר את אבני הבניין של הקווארק והגלואון המרכיבות פרוטונים וניוטרונים.'

'לפני תוצאות הניסוי של CMS, חשבו שהמדיום שנוצר בפרוטון בהתנגשויות עופרת יהיה קטן מכדי ליצור פלזמה של קווארק-גלואון', הוסיף וואנג.

אז מה אנחנו יכולים ללמוד מזה? היכולת לשחזר את הרגעים הראשונים שלאחר המפץ הגדול תוך שימוש בפחות חומרים ממה שחשבנו שאפשרי פירושה שהפיזיקאים יוכלו ללמוד ולהבין בצורה יעילה יותר כיצד התנהג החומר בתקופה זו - המכונה לעתים קרובות תקופת הקווארק. כיצד נוצרו הכוחות הבסיסיים השולטים ביקום שלנו, כמו כוח הכבידה, הוא גם משהו שחוקרים ימשיכו לחקור כאשר הם יחקרו פלזמה של קווארק-גלואון.

התוצאות פורסמו ב מכתבי סקירה פיזית .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.