تماشا کنید: راهکار جدیدی برای مدل سازی دقایقی پس از وقوع بیگ بنگ

شواهد زیادی در ارتباط با مه‌بانگ یا بیگ بنگ وجود دارد، اما کماکان جزئیات دقیق چگونگی شکل‌گیری جهان هستی مبهم است. فاز به خصوصی که آزمایشات مربوط به آن، اخیرا آغاز شده، هسته‌زایی مه‌بانگ است، دوره‌ای که نخستین هسته‌ها کنار هم جمع شده‌اند. این روند بین چند ده ثانیه تا ۲۰ دقیقه پس از مه‌بانگ رخ داده است، زمانی که دمای جهان هستی میلیون‌ها درجه بالای صفر بوده است.

در مقاله‌ای که ویلیام دتمولد از MIT و همکاران وی در ژورنال Physical Review Letters منتشر کرده‌اند، چگونگی به کارگیری متد نوظهور آنها موسوم به شبکه‌ی کوانتوم کرومودینامیکی (lattice quantum chromodynamics) برای بازتولید دقیق فرایند هسته‌زدایی مه‌بانگ به نمایش گذاشته شده است.

دتمولد می‌گوید:

در ابتدا با ذراتی با سطح انرژی بسیار بالایی آغاز می‌کنید که دمایشان با انبساط جهان کاهش پیدا می‌کند و به تدریج با ترکیبی از کوارک‌ها و گلوئون‌ها مواجه خواهید شد که ذراتی با میزان برهم‌کنش بالا محسوب می‌شوند و پروتون‌ها و نوترون‌ها را شکل می‌دهند. پس از شکل‌گیری پروتون‌ها و نوترون‌ها، در مرحله‌ی بعد این ذرات گرد هم آمده و در درجه‌ی اول چیزهای پیچیده‌تری مانند دوترون را شکل می‌دهند که با برهم‌کنش آن با پروتون‌ها و نوترون‌های دیگر، عناصر سنگین‌تری مانند Helium-4 و ذره‌ی آلفا به وجود می‌آید.

کدی که تست شده است، برهم‌کنش بین کوارک‌ها و گلوئون‌های بنیادی را که حامل نیروهای هسته‌ای قوی هستند، شبیه‌سازی می‌کند. این ذرات، پروتون‌ها و نوترون‌ها را کنار هم می‌آورند. برای کاهش هزینه‌های محاسباتی، تیم پژوهشی، جرم کوارک‌ها را بین ۱۰ تا ۲۰ بار سنگین‌تر از حالت واقعی آنها در نظر گرفته‌اند.

دتمولد در ادامه می‌گوید:

برای چیزهای ساده‌ای مانند محاسبه‌ی جرم پروتون، ما جرم فیزیکی کوارک را وارد محاسبات کردیم. اما این واکنش بسیار پیچیده‌تر است، بنابراین نمی‌توانیم تمام روند محاسبات را با استفاده از مقادیر فیزیکی و واقعی جرم کوارک‌ها، انجام دهیم.

اگرچه در محاسبات از مقادیر فیزیکی صحیح استفاده نشده است، اما در حال حاضر، فرایند را از طریق محاسبات مستقیم بازتولید می‌کند. این موضوع مسیری را برای محاسبه‌ی مقادیر فرایندهای دیگری باز می‌کند که تا کنون به صورت عملی سنجیده نشده‌اند.

این راهکار نشان می‌دهد که می‌توانیم ماهیت واقعی واکنش‌های هسته‌ای پیچیده را از اجزاء بنیادی سازنده‌ی آنها (کوارک‌ها، گلوئون‌ها و برهم‌کنش‌ آنها) و بدون متوسل شدن ساده‌سازی‌های زیاد، مدل‌سازی کنیم.

در ادامه می‌توانید ویدئویی را در ارتباط با این مدل‌سازی تماشا کنید: