تشير الأبحاث إلى أن الكون الصغير كان في الواقع بمثابة حساء لزج

في اللحظات التي تلت الانفجار الكبير، أدت الحرارة والضغط الشديدان إلى تحويل المادة إلى مزيج لزج من الجزيئات الصغيرة. ولكن كيف لزج؟ ظلت الإجابة غير واضحة إلى حد ما بالنسبة للفيزيائيين، حتى الآن.

الكواركات والجلونات هي جسيمات أساسية تشكل البروتونات والنيوترونات. عادة ما تكون هذه الجسيمات مرتبطة ببعضها البعض، لكن الظروف القاسية بعد الانفجار الكبير، كما يعتقد الفيزيائيون، أدت إلى وجودها المنفصل في شكل حساء يسمى بلازما كوارك-غلوون (QGP). في ورقة بحثية حديثة بعنوان Physics Letters B، لاحظ الفيزيائيون في CERN’s CMS Collaboration ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأكدوا لأول مرة أن برنامج QGP يتصرف بالفعل مثل السائل. وأوضح الباحثون لأخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن الكواركات الموجودة في البلازما تخلق موجات أثناء سرعتها عبر المادة، “على غرار تموجات البطة عبر الماء”.

وأوضح ين جي لي، عالم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الذي قاد البحث الجديد: “نرى الآن أن البلازما كثيفة بشكل لا يصدق، لدرجة أنها قادرة على إبطاء حركة الكواركات، وتنتج رذاذًا ودوامات مثل السائل”. “لذا فإن بلازما كوارك غلوون هي في الحقيقة حساء بدائي.”

أيام الكون المظلمة

ليس هناك الكثير مما يعرفه العلماء على وجه اليقين عن الكون المبكر للغاية. اقترح الفيزيائيون عددًا من النظريات والنماذج لالتقاط جوانب من الأيام الأولى لكوننا. ومع ذلك، فإن التحدي المتمثل في تأكيد هذه الأفكار من خلال التجارب يعني أن العلماء كانوا مترددين في استخلاص أي استنتاجات قاطعة.

مقالة ذات صلة: “آلة الانفجار الكبير” في نيويورك تجتاز الاختبار الأول الحاسم

ومع ذلك، كان برنامج QGP أحد المفاهيم القليلة التي اتفق عليها العلماء بشكل عام. الحساء البدائي – الذي يغلي عند حوالي بضعة تريليونات درجة – تم تبريده في النهاية لتكوين البروتونات والنيوترونات التي تشكل المادة في الكون. ويرى أحد النماذج، الذي ابتكره كريشنا راجاجوبال، عالم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، أن الجسيم الذي يطير عبر QGP يجب أن ينتج أثرًا في البلازما، والذي من شأنه أن يتموج ويتناثر مثل السائل.

وقال راجاجوبال، الذي لم يشارك بشكل مباشر في العمل الجديد: “هذا شيء قال الكثير منا إنه يجب أن يظل موجودًا لسنوات عديدة، وقد بحثت عنه العديد من التجارب”.

دراسة الحساء الكوني

يؤكد البحث الجديد صحة رواية راجاجوبال عن QGP، وذلك باستخدام جسيم محايد ضعيف كهربائيًا يُسمى بوزون Z كعلامة لتتبع حركة الكواركات في البلازما. وبما أن بوزون Z ليس له أي تأثير فعليًا على البلازما، فإن أي حركة تشبه الموجة ستكون من الكوارك، كما افترض الباحثون.

في التجربة، استخدم الفريق بيانات من مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN. ولكن نظرًا لعدم استقرار برنامج QGP، فحتى أقوى مسرع الجسيمات في العالم احتفظ بالمواد اللزجة – وهي “قطرة” في ذلك الوقت – معًا لمدة تقل قليلاً عن كوادريليون من الثانية، وفقًا للباحثين.

نظر الفريق في 13 مليار تصادم، منها 2000 فقط أنتجت البوزون Z الذي كانوا يبحثون عنه. بعد ذلك، قاموا برسم خريطة لكل حدث من هذه الأحداث وفقًا لمستويات الطاقة في قطيرة QGP، ووجدوا نمطًا ثابتًا يشبه السائل من البقع في الدوامات، وهو تأثير الاستيقاظ، كما تنبأ نموذج راجاجوبال، وفقًا لأخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

فهم بدايات الكون

علاوة على ذلك، يتوقع الباحثون أن أساليب الدراسة الجديدة ستعزز فهمنا للمادة في بداية الكون بشكل كبير. سوف تقوم التجارب اللاحقة بالتحقيق في الحجم الدقيق لهذه الاستيقاظات وسرعتها ومداها، والتي ينبغي أن تكشف المزيد عن خصائص البلازما.

“[The study] جلبت [us] وقال دانييل بابلوس، عالم الفيزياء في جامعة أوفييدو في إسبانيا، والذي لم يشارك في الدراسة، لأخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “أول دليل نظيف وواضح لا لبس فيه على هذه الظاهرة الأساسية”.

وأضاف لي: “لقد حصلنا على أول دليل مباشر على أن الكوارك يسحب معه المزيد من البلازما أثناء انتقاله”. “وهذا سيمكننا من دراسة خصائص وسلوك هذا السائل الغريب بتفاصيل غير مسبوقة.”