أعاد الفيزيائيون إنشاء المللي ثانية الأولى بعد الانفجار الكبير، ووجدوا أنها كانت ضعيفة بشكل مدهش
اشتباكات عنيفة في مصادم الهادرونات الكبير كشف مصادم الهادرونات الكبير (LHC) عن أضعف أثر لأثر خلفه كوارك يقطع مادة نووية تبلغ درجتها تريليون درجة – مما يشير إلى أن الحساء البدائي للكون ربما كان حرفيًا أشبه بالحساء مما كنا نعتقد.
تُظهِر النتائج الجديدة التي توصل إليها تعاون الملف اللولبي المضغوط للميون (CMS) في LHC أول دليل واضح على “الانخفاض” الدقيق في إنتاج الجسيمات خلف الكوارك عالي الطاقة أثناء عبوره بلازما كوارك-غلوون – وهي قطرة من المادة البدائية يُعتقد أنها ملأت الكون بعد ميكروثانية من الانفجار. الانفجار العظيم.
إعادة خلق ظروف الكون المبكر في المختبر
عندما تصطدم النوى الذرية الثقيلة بسرعة قريبة من الضوء داخل مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، فإنها تنصهر لفترة وجيزة لتشكل حالة غريبة تعرف باسم كوارك-غلوون بلازما.
في هذه البيئة القاسية، “تكون الكثافة ودرجة الحرارة عالية جدًا بحيث لا يتم الحفاظ على بنية الذرة العادية”. يي تشنأخبر Live Science عبر البريد الإلكتروني، وهو أستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة فاندربيلت وعضو في فريق CMS. وبدلاً من ذلك، “تتداخل جميع النوى معًا وتشكل ما يسمى ببلازما كوارك-غلوون، حيث يمكن للكواركات والغلونات أن تتحرك خارج حدود النوى. فهي تتصرف كالسائل”.
قطرة البلازما هذه صغيرة للغاية – حوالي 10-14 عرضه أمتار، أو أصغر بـ 10000 مرة من الذرة، ويختفي على الفور تقريبًا. ومع ذلك، ضمن تلك القطرة العابرة، توجد الكواركات والجلونات – الناقلات الأساسية للكائن قوة نووية قوية الذي يجمع النوى الذرية معًا – يتدفق معًا بطرق تشبه سائلًا شديد الحرارة أكثر من مجرد غاز بسيط من الجزيئات.
يريد الفيزيائيون فهم كيفية تفاعل الجسيمات النشطة مع هذا الوسط الغريب. وقال تشين: “في دراساتنا، نريد دراسة كيفية تفاعل الأشياء المختلفة مع القطرة الصغيرة من السائل التي تنشأ في الاصطدامات”. “على سبيل المثال، كيف يمكن للكوارك عالي الطاقة أن يجتاز هذا السائل الساخن؟”
تتنبأ النظرية بأن الكوارك سيترك أثرًا يمكن اكتشافه في البلازما خلفه، مثلما يفعل قارب يقطع الماء. وقال تشين: “سيكون لدينا دفع للمياه للأمام مع القارب في نفس الاتجاه، لكننا نتوقع أيضًا انخفاضًا طفيفًا في مستوى المياه خلف القارب، لأن المياه يتم دفعها بعيدًا”.
ولكن من الناحية العملية، فإن فصل “القارب” عن “الماء” ليس بالأمر السهل على الإطلاق. قطرة البلازما صغيرة، والقرار التجريبي محدود. في مقدمة مسار الكوارك، يتفاعل الكوارك والبلازما بشكل مكثف، مما يجعل من الصعب معرفة الإشارات التي تأتي منها. لكن خلف الكوارك، فإن الاستيقاظ -إذا كان موجودًا- يجب أن يكون من خصائص البلازما نفسها.
وقال تشين “لذلك نريد العثور على هذا الانخفاض الصغير في الجانب الخلفي”.
مسبار نظيف مع بوزونات Z
لعزل هذا الأثر، لجأ الفريق إلى جسيم شريك خاص: بوزون Z، وهو أحد حاملات القوة النووية الضعيفة – واحدة من التفاعلات الأربعة الأساسية، إلى جانب القوى الكهرومغناطيسية والقوية والجاذبية – المسؤولة عن بعض عمليات الاضمحلال الذري ودون الذري. في بعض التصادمات، يتم إنتاج بوزون Z وكوارك عالي الطاقة معًا، ويرتدان في اتجاهين متعاكسين.
وهنا يصبح بوزون Z حاسمًا. وقال تشين: “إن بوزونات Z هي المسؤولة عن القوة الضعيفة، وفيما يتعلق بالبلازما، فإن Z يهرب ويختفي من الصورة”. على عكس الكواركات والجلونات، بالكاد تتفاعل بوزونات Z مع البلازما. وتترك منطقة الاصطدام سالمة، مما يوفر مؤشرًا واضحًا لاتجاه الكوارك الأصلي وطاقته.
يسمح هذا الإعداد للفيزيائيين بالتركيز على الكوارك أثناء حركته عبر البلازما، دون القلق من أن الجسيم الشريك له قد تشوه بسبب الوسط. في جوهر الأمر، يعمل بوزون Z كعلامة معايرة، مما يسهل البحث عن تغييرات طفيفة في إنتاج الجسيمات خلف الكوارك.
قام فريق CMS بقياس الارتباطات بين بوزونات Z والهادرونات – وهي جسيمات مركبة مصنوعة من الكواركات – الناشئة عن الاصطدام. ومن خلال تحليل عدد الهادرونات التي تظهر في الاتجاه “الخلفي” بالنسبة لحركة الكوارك، يمكنهم البحث عن الاستيقاظ المتوقع.
إشارة صغيرة ولكنها مهمة
والنتيجة خفية. وقال تشين: “في المتوسط، في الاتجاه الخلفي، نرى أن هناك تغييرا أقل من 1% في كمية البلازما”. “إنه تأثير صغير جدًا (وهذا هو السبب جزئيًا في أن الناس استغرقوا وقتًا طويلاً لإثباته تجريبيًا).”
ومع ذلك، فإن هذا القمع بنسبة أقل من 1% هو بالضبط نوع التوقيع المتوقع من كوارك ينقل الطاقة والزخم إلى البلازما، تاركًا منطقة مستنزفة في أعقابه. أفاد الفريق أن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف مثل هذا الانخفاض بوضوح في الأحداث ذات العلامات Z.
يقوم شكل وعمق الانحدار بتشفير المعلومات حول خصائص البلازما. وبالعودة إلى تشبيهها، لاحظت تشين أنه إذا تدفقت المياه بسهولة، فإن الانخفاض خلف القارب يمتلئ بسرعة. إذا كان يتصرف مثل العسل، فإن الاكتئاب يستمر. وقالت: “لذا فإن دراسة كيف يبدو هذا الانخفاض… تعطينا معلومات عن البلازما نفسها، دون تعقيدات القارب”.
إذا نظرنا إلى الوراء إلى الكون المبكر
النتائج لها أيضا آثار كونية. يُعتقد أن الكون المبكر، بعد وقت قصير من الانفجار الكبير، كان مليئًا ببلازما كوارك غلوون قبل أن يبرد إلى بروتونات ونيوترونات، وفي النهاية ذرات.
يقول تشين: “لا يمكن ملاحظة هذه الحقبة بشكل مباشر من خلال التلسكوبات”. “كان الكون معتمًا في ذلك الوقت.” وأضافت أن اصطدامات الأيونات الثقيلة توفر “لمحة صغيرة عن كيفية تصرف الكون خلال هذه الحقبة”.
وخلص تشين إلى أن الانخفاض الملحوظ في الوقت الحالي هو “مجرد البداية”. “إن الأثر المثير لهذا العمل هو أنه يفتح مجالًا جديدًا لاكتساب المزيد من المعرفة حول خاصية البلازما. ومع تراكم المزيد من البيانات، سنكون قادرين على دراسة هذا التأثير بشكل أكثر دقة ومعرفة المزيد عن البلازما في المستقبل القريب.”
نشر لأول مرة على: www.livescience.com
تاريخ النشر: 2026-02-18 23:30:00
الكاتب: andrew.l.feldman@gmail.com (Andrey Feldman)
تنويه من موقع “بتوقيت بيروت”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
www.livescience.com
بتاريخ: 2026-02-18 23:30:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “بتوقيت بيروت”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
