نظریه نسبیت اینشتین حالت عجیبی از ماده را پیش‌بینی می‌کند

تاکنون همیشه ذراتی را در نظر می‌گرفتیم و بررسی می‌کردیم که در شتاب‌دهنده‌ی هادرونی با یکدیگر برخورد می‌کردند؛ اما چه اتفاقی برای ذرات غیربرخوردی می‌افتد؟

پژوهش درباره‌ی نوع جدیدی از ماده انجام‌ شده است که نظریه‌ی نسبیت خاص انیشتین وجود آن را پیش‌بینی می‌کند. پس از یک دهه جست‌و‌جو، هم‌اکنون دانشمندان در بزرگ‌ترین برخورد‌هنده‌ی هادرونی جهان ادعا می‌کنند در آستانه‌ی یافتن این ماده قرار دارند. 

باوجوداین، دانشمندان قرار نیست در تولیدات حاصل از منفجرشدن ذرات برخوردی در نزدیکی سرعت نور به‌دنبال این ذرات بگردند؛ اما در‌عوض، فیزیک‌دانان شتاب‌دهنده‌ی هادرونی بزرگ (LHC) معتقدند دستگاهی حلقه‌ای با طول ۲۷ کیلو‌متر که در زیر زمین در مرز سوئیس و فرانسه قرار گرفته است، در‌ حال گشتن به‌دنبال ماده‌ی گم‌شده هستند. این ماده میعانات شیشه‌ی رنگی (Color Glass Condensate) نام دارد. دانشمندان سعی می‌کنند به‌جا‌ی مطالعه‌ی ذرات بعد از برخورد، ذراتی را بررسی کنند که برای آن‌ها برخوردی صورت نمی‌گیرد. 

در مدل استاندارد فیزیک، مدلی که باغ‌وحش ذرات بنیادی را توصیف می‌کند، ذره‌ای بنیادی به‌نام گلوئون ۹۸ درصد ماده‌ی مرئی جهان را کنار یکدیگر قرار داده است. این ذره‌ی بنیادی که نام آن نیز با ویژگی‌ها‌ی آن همخوانی دارد، حامل نیرویی است که کوارک‌ها را درکنار یکدیگر قرار می‌دهد تا ذراتی مانند پروتون‌ها و نوترون‌‌ها تولید شوند. زمانی‌که پروتون‌ها تا نزدیکی سرعت نور شتاب می‌گیرند، پدیده‌ی عجیبی اتفاق می‌افتد: جمعیت گلوئون‌ها‌ی درون آن‌ها به‌صورت انفجاری افزایش می‌یابند. 

دنیل تاپیا تاکاکی، دانشیار فیزیک و نجوم دانشگاه کانزاس، در بیانیه‌ای گفت:

در این شرایط، یک گلوئون به دو گلوئون با انرژی کمتر تقسیم می‌شود و این تقسیم‌شدن به‌صورت متوالی ادامه پیدا می‌کند. در یک نقطه، تقسیم‌شدن گلوئون‌ها درون پروتون با محدودیت مواجه می‌شود و سرعت تکثیر گلوئون‌ها کاهش پیدا می‌کند. این حالت، به‌عنوان میعانات شیشه‌ی رنگی شناخته می‌شود. این حالت از ماده حالتی فرضی است که به‌نظر می‌رسد در پروتون‌ها‌ی پرانرژی و هسته‌ها‌ی سنگین وجود دارد. 

نظریه نسبیت

طبق گزارش‌ها‌ی آزمایشگاه ملی بروکهاون، این حالت از ماده می‌تواند بسیاری از معما‌ها‌ی فیزیک را حل کند. سؤالاتی مانند «ذرات چگونه در برخورد‌ها‌ی پرانرژی به‌وجود می‌آیند؟» یا «ماده چگونه در ذرات توزیع می‌شود؟» با‌این‌حال، تأیید وجود این حالت از ماده ده‌ها سال دانشمندان را درگیر خود کرده است؛ اما در سال ۲۰۰۰، فیزیک‌دانی در برخورددهنده‌ی یون‌ها‌ی سنگین نسبیتی، اولین‌بار نشانه‌ها‌یی از وجود میعانات شیشه‌ی رنگی را پیدا کرد. 

زمانی‌که دانشمندان در آزمایشگاه اتم‌ها‌ی طلا‌یی را با یکدیگر برخورد دادند که الکترون‌ها‌ی خود را از دست داده‌اند، سیگنال عجیبی دریافت کردند که از این برخورد‌ها گسیل می‌شد. این سیگنال نشانگر این بود که پروتون‌ها‌ی طلا به گلوئون‌ها چسبیده‌اند و ایجاد حالتی به‌نام میعانات شیشه‌ی رنگی را شروع کرده‌اند. آزمایش‌ها‌ی بعدی در برخورددادن یون‌ها‌ی سنگین در LHC، نتایج مشابهی داشته است. با‌این‌حال، برخورددادن پروتون‌ها با سرعت نسبیتی، پیش از آنکه ذرات از هم بپاشند، نگاهی اجمالی از درون آن‌ها به ما می‌دهند. کاوش درون پروتون‌ها به روش ملایم‌تری نیاز دارد. 

وقتی ذرات بارداری مانند پروتون‌ها تا سرعت‌ها‌ی بسیار سریع شتاب می‌گیرند، میدان الکترومغناطیسی تولید می‌کنند. این ذرات از خود انرژی گسیل می‌کنند که این انرژی به‌شکل فوتون‌ها یا به‌ عبارت دیگر، به‌شکل ذرات نور است. ناگفته نماند به‌لطف ماهیت دو‌گانه‌ی نور، فوتون‌ها خاصیت موجی نیز دارند. قبلا این نشت انرژی به‌عنوان عارضه‌ی نا‌خواسته کنار گذاشته می‌شد و به آن توجهی نمی‌شد؛ اما بعدا دانشمندان راه‌ها‌یی برای استفاده‌ی مفید از این انرژی یاد‌گرفتند. 

اگر پروتون‌ها در شتاب‌دهنده از کنار یکدیگر رد شوند، طوفانی از فوتون‌ها به راه می‌اندازند که این طوفان می‌تواند باعث برخورد پروتون ـ فوتون شود. این برخورد‌ها‌ی جنبی و غیر‌مرکزی، کلید فهم کارکرد درونی پروتون‌ها‌ی پر انرژی هستند. 

تایپا تاکاکی در بیانیه‌ای گفت:

زمانی‌که یک موج نوری پرانرژی به یک پروتون برخورد می‌کند، بدون شکستن پروتون، همه نوع ذراتی تولید می‌کند. این ذرات را آشکار‌ساز ما گزارش می‌دهد و به ما اجازه می‌دهد تصویر بی‌سابقه‌ای از درون پروتون‌ها را باز‌سازی کنیم. 

در‌حال‌حاضر، تاپیا تاکاکی و تیمی بین‌المللی از دانشمندان مشغول استفاده از این روش برای رهگیری حالت گریز‌پا‌ی میعانات شیشه‌ی رنگی هستند. دانشمندان نتایج اولیه‌ی پژوهش خود را در شماره‌ی اوت مجله‌ی The European Physical journal C منتشر کردند. این تیم برای اولین‌بار توانست به‌صورت غیر‌مستقیم چگالی گلوئون‌ها را در چهار سطح انرژی اندازه‌گیری کند. در بالا‌ترین سطح، کم‌کم نشانه‌ها‌یی از تشکیل حالت میعانات شیشه رنگی پیدا شد. 

ویکتور گنکالوس، پروفسور فیزیک دانشگاه فدرال در پلوتاس برزیل و نویسنده‌ی همکار این پژوهش، در بیانیه‌ای گفت:

نتایج آزمایشگاهی بسیار جذاب و جالب هستند و اطلاعات جدیدی درباره‌ی دینامیک گلوئون‌ها‌ی داخل پروتون به ما می‌دهند؛ اما سؤالات تئوری زیادی در این زمینه وجود دارد که تا‌کنون جوابی به آن‌ها داده نشده است. 

ناگفته نماند تاکنون وجود حالت میعانات شیشه‌ی رنگی به‌صورت معما باقی مانده است.

منبع livescience.com

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید