علماء ينتجون “حساء المادة” الذي نشأ بعد لحظة من الانفجار العظيم

في مصادم الأيونات الثقيلة النسبية في مختبر بروكهافن بالولايات المتحدة، يتم تسريع نوى الذهب إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء، ثم تُصطدم ببعضها بعضا، مما يؤدي إلى “ذوبان” النوى وتحرير الكواركات والغلونات، وهي جسيمات دون ذرية من مكونات النواة.

الحساء المكون من هذه الضربات يسمى “بلازما كوارك-غلون”، ويمثل حالة فائقة الحرارة والكثافة، تعود إلى اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم، حيث نشأت جسيمات المادة الأساسية قبل تكوّن البروتونات والنيوترونات.

ولأن تلك الحالة تتكوّن وتفنى في زمن قصير جدا (تختفي بعد تريليون جزء من التريليون من الثانية)، فإنه تصعب مراقبتها مباشرة، وحسب دراسة نشرت مؤخرا في دورية فيزيكال ريفيو ليترز، فقد استخدم العلماء طرقا مبتكرة لدراسة هذه الحالة بدقة.

نفاثات في البلازما

أحد هذه الطرق هي أنه عند التصادم تنبعث جسيمات فردية عالية الطاقة تؤدي إلى تدفقات من الإشعاع تخبر العلماء بما يحدث داخل البلازما المتكونة.

الدراسة أظهرت كذلك أن البلازما تتفاعل مع هذه التدفقات الإشعاعية، فتندفع جانبا على نحو يشبه الأمواج خلف زورق يتحرك في الماء.

وخلال التجارب، تمكن للعلماء من عمل أول قياس مباشر يشرح كيفية توزيع الطاقة في البلازما، كما ظهر أن البلازما تستجيب للنفاثات كسائل فائق الميوعة

وبشكل عام، يعرف السائل فائق الميوعة بأنه نوع غريب من السوائل يمتلك خصائص غير عادية جدا لا تحدث في السوائل العادية، حيث لا يملك مقاومة للحركة (لا يوجد فيه احتكاك داخلي تقريبا)، ويمكنه التدفق إلى الأبد في أنبوب مغلق دون أن يتوقف، ويمكنه التسلق على جدران الحاوية من تلقاء نفسه، ويتحرك من خلال فتحات صغيرة جدا لا تستطيع السوائل العادية المرور منها.

إعادة بناء اللحظة الأولى

يفيد هذا النوع من التجارب في “إعادة بناء” دقيقة لحساء الانفجار العظيم، إذ يُعتقد أن هذا النوع من البلازما كان موجودا بعد نحو 20 ميكروثانية من الانفجار العظيم، أما الآن فيمكن إنتاجه في داخل المختبر.

كما أن هذه النتائج تفتح الباب لبيانات جديدة تتحدى النظريات الحالية في فيزياء الطاقة العالية وتدفع لتطوير نماذج أكثر دقة، بشكل يسهم في فهم تكوين المادة الأساسية التي نشأ منها الكون، وتفسير كيفية تحوُّل الكواركات والغلوونات الحرة إلى بروتونات ونيوترونات.

كما أن هذا الكشف يحل لغز “تخميد النفاثات”، فعندما يحدث تصادم قوي بين نواتين ذريتين (مثل نوى الذهب أو الرصاص) في مسرّع جسيمات، تتولد جسيمات طاقة عالية جدا، هذه الجسيمات تندفع إلى الخارج على شكل “نفاثة”، وحينما تتحرك خلال حساء بلازما الكوارك جلوون فإنها تفقد الطاقة.

ظل ذلك لغزا لفترة طويلة، حتى أثبتت الدراسة الجديدة أن الطاقة لا تختفي، بل تتحول إلى حركة جانبية تظهر في صورة موجات، مما يحل إشكالية ظاهرة إخماد النفاثات.