ساخت کوچکترین قطرات سیال در جهان

در این مقاله ( کوچکترین قطرات سیال درجهان ساخته شد ) با ما همراه باشید.

فیزیکدانان با برخورد دادن ذرات به همدیگر، موفق به ساخت کوچکترین قطره سیال در جهان شدند.

این سوپ ذره، «پلاسمای کوارک-گلوئون» نام دارد؛ سیالی که در چند میکروثانیه پس از بیگ بنگ، کیهان را پر کرده بود. این سیال هیچ اصطکاکی ندارد و تقریبا با سرعت نور جریان می یابد.

درست چند میلیارد میلیاردیم ثانیه پس از بیگ بنگ، کیهان تبدیل به مخلوط بینهایت چگال و داغی موسوم به مخلوط ابرداغ اولیه متشکل از ذرات بنیادین، به ویژه کوارک ها و گلوان ها گردید. این حالت از ماده پلاسمای کوارک – گلوئون نام دارد.

با ایجاد برخورد میان هسته‌های اتم سرب با انرژی بسیار بالایی معادل ۵٫۰۲ ترا الکترون ولت در قدرتمندترین شتاب دهنده ذرات در جهان با طول ۲۷ کیلومتر در سرن، بازآفرینی این حالت خاص از ماده ممکن گردید و با آشکارساز آلیس خواص آن مورد اندازه‌گیری و آزمون قرار گرفت.

«ژاکلین نورنیا هوستلر»، فیزیکدان نظری در دانشگاه راتجرز نیوجرسی بیان کرد: «این شگفت‌انگیزترین سیالی است که تاکنون دیده‌ایم.» فیزیکدانان در گذشته هم برای ایجاد این سوپ ازلی، ذره‌ها را به همدیگر برخورد داده‌اند.

برخی آزمایشات نشان می دهد که برخوردهای معینی باعث ایجاد قطراتی به اندازه پروتون می شوند.

در مقاله جدیدی که روز دهم دسامبر ۲۰۱۸ در مجله «Nature Physics» منتشر شد، فیزیکدانانِ «آزمایش برهمکنش هسته‌ای پرانرژی پیشرو(PHENIX) اعلام کردند که شواهد قانع کننده‌ای در خصوص این ذرات ریز وجود دارد.

«جِیمی نیگل» محقق و فیزیکدان در دانشگاه کلرادو بولدر اظهار داشت: «حالا به نقطه‌ای رسیده‌ایم که باید درباره درک‌مان از برهمکنش‌ها و شرایط این نوع سیال تجدید نظر کنیم.» آقای نیگل داده‌های تازه‌ترین آزمایشات را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده است.

نتایج منتشر شده می توانند این فرصت را به دانشمندان بدهد تا به شکل بهتری پلاسمای کوارک-گلوئونِ جهان ابتدایی و ماهیت سیالات را درک نمایند.

بدین ترتیب، دانش ما از ماهیت سیال باید دستخوش تغییری اساسی قرار بگیرد.

محققان آزمایش‌ها را در مرکز برخورد دهنده یون سنگین نسبی(RHIC) در نیویورک انجام دادند.

آنان در این مرکز، اولین پلاسمای کوارگ-گلوئون را در سال ۲۰۰۵ و با ادغام هسته‌های اتم ایجاد کردند.

کوارک ذره‌ای بنیادی است که پروتون ها و نوترون ها را تشکیل می دهد. قبلا فیزیکدانان بر این فرض بودند که قطرات پلاسمای کوارک-گلوئون باید نسبتا بزرگ باشد.

برای اینکه قطره‌ای مانند یک سیال جاری شود، باید جسم خیلی بزرگتر از ذرات سازنده آن باشد. برای مثال، قطره آب خیلی بزرگتر از مولکول‌های آب خودش است.

از سوی دیگر، توده کوچکی از سه یا چهار مولکول آب مانند مایع رفتار نمی کنند.

این باور محققان بود. بنابراین، برای ساخت قطرات پلاسمای کوارک-گلوئون بزرگ، فیزیکدانان هسته‌های اتم بزرگی مثل طلا را با یکدیگر برخورد دادند.

بر اساس یافته‌های آنان، وقتی ذرات کوچکتر به یکدیگر برخورد کردند، نشانه‌هایی از سیالی به اندازه پروتون بصورت غیرمنتظره شناسایی شد.

برای مثال، در برخوردهای بین پروتون‌ها در آزمایشگاه برخورد دهنده هادرونی بزرگ در نزدیکی ژنو سوئیس.

فیزیکدانان برای اینکه دریابند آیا این قطرات کوچک می توانند وجود داشته باشند یا خیر، سه پروتون را در آزمایشگاه شلیک کردند: هسته دوترون که هر کدام حاوی یک پروتون و یک نوترون است؛ و هسته هلیوم-۳ در هسته طلا.

اگر این برخوردها قطرات سیال پلاسمای کوارک-گلوئون را به وجود آورده باشند، بسته به چیزی که هسته طلا به آن برخورد می کند، قطرات شکل‌های مختلفی بدست می آورند.

برخورد به پروتون می تواند قطره دایره‌ای شکل پدید آورد؛ دوترون قطره‌ای بیضوی و هلیوم-۳ هم قطره‌ای مثلثی به وجود می آورد.

وقتی دانشمندان هسته طلا را با پروتون‌ها ، هسته دوترون و هسته هلیوم-۳ برخورد دادند، قطرات ریزی از پلاسمای کوارک-گلوئون به وجود آمد؛ یعنی همان سوپ ازلی که چند میکروثانیه پس از بیگ بنگ شکل گرفت.

برخوردهای پروتون باعث ایجاد قطرات دایره‌ای شد، در حالیکه برخوردهای دوترون و هلیوم-۳ به ترتیب قطرات بیضوی و مثلثی پدید آورد.

چنین قطره‌ای برای تنها ۱۰۰ میلیارد میلیاردم ثانیه قبل از اینکه گرمای شدید موجب انبساط قطره شود، دوام می آورد.

محققان با اندازه‌گیری این بقایای ذره‌ای، موفق به بازسازی قطره اصلی شدند.

آنها اَشکال بیضوی و مثلثی را در هر کدام از سه نوع برخورد را جستجو کرده و شش اندازه‌گیری کلی انجام دادند.

آزمایش‌ها چند سال به طول انجامید. در پایان، شکل‌های فوق‌الذکر را شناسایی کردند.

اگرچه این نتایج امیدوار کننده و نوید بخش هستند، اما برخی محققان از تایید کامل نتایج امتناع کردند.

آنها بر این باورند که برای اظهار نظر قطعی در این زمینه، به آزمایش‌ها و تحقیقات بیشتری نیاز دارند.

منبع: livescience – بیگ بنگ