آن‌چه آلیس در نوامبر دید: داده‌های سیستم مسیریاب درونی، درونی‌ترین آشکاگر آلیس مربوط به اولین برخورد یون‌های سرب.

برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی (ال‌اچ‌سی)¹ پس از هشت ماه کار پی‌درپی، روز ۶ دسامبر با آخرین باریکه‌ کار خود را در سال ۲۰۱۰ به پایان رساند. از ۷ نوامبر یون‌های سرب با انرژی‌های حدود ۰/۵پتاالکترون‌ولت در ال‌اچ‌سی به‌هم برخورد داده ‌شدند. این انرژی ۸۰ برابر انرژی‌ئی‌ست که در برخوردهای پروتون-پروتون تولید می‌شود و منجر به شکل‌گرفتن حبابی چنان داغ و چگال از ذرات زیراتمی می‌شود که هسته‌ها به اجزای سازنده‌ی خود یعنی کوارک و گلوئون تجزیه می‌شوند. این حالت ِ ماده که پلاسمای کوارک-گلوئون (QGP)² نام دارد، تنها کمی پس از مه‌بانگ در عالم اولیه وجود داشته است و جست‌وجو برای آن نخست در سال ۲۰۰۰ در سرخط خبرها قرار گرفت. در آن هنگام در برخورد یون‌های سنگین با "هدف‌های ثابت" در سرن شواهدی از حالت تازه‌ی ماده به‌دست آمد که ظاهراً نوعی پیش‌دستی بر آزمایشگاه ملی‌ی بروک‌هِیوِن در نیویورک بود که شتابگری مختص QGP به نام برخورددهنده‌ی یون‌های سنگین نسبیتی (RHIC)³ ساخته و تازه شروع به کار کرده بود. اما در سال ۲۰۰۵ RHIC اعلام کرد حباب‌گونه‌های کوارک-گلوئون برخلاف آن‌چه انتظارمی‌رفت به گاز شبیه نیستند و رفتاری شبیه به مایعی با گران‌روی(ویسکوزیته)‌ی صفر دارند. در اوایل امسال فیزیکدان‌های RHIC تأیید کردند که کوارک و گلوئون و نه ذرات هادرونی اجزای اصلی‌ی شارش ِ این مایع هستند.

انرژی‌ی برخوردهای ال‌اچ‌سی ۱۴برابر انرژی‌ی برخوردها در RHIC است و بزرگ‌ترین آزمایشگاه ذرات بنیادی در اروپا بار دیگر شیدای پلاسمای کوارک و گلوئون شده است. پس از چند روز، آزمایش ِ آلیس که مختص بررسی‌ی برخوردهای یون‌های سنگین است شواهد حالتی چگال و داغ را یافته که علی‌رغم دمای بسیار زیاد مانند مایع حرکت می‌کند (arXiv: 1011.3914v1) و افزایش بارزی را در شمار ذرات حاصل از برخورد آشکار کرده است (arXiv: 1011.3916v2). سرن می‌گوید که اگر این دو نتیجه با هم در نظر گرفته شود برخی نظریه‌ها در باره‌ی رفتار عالم اولیه را می‌توان رد کرد.

تحول عالم در طفولیت
توماس شیفر، نظریه‌پرداز دانشگاه ایالتی‌ی کارولینای شمالی، می‌گوید که ارتباط‌دادن ِ نتایج ال‌اچ‌سی به تکامل عالم در دوران طفولیت آن سرراست نیست: "تصویر اصلی اثبات شده است (یعنی این‌که پلاسمای کوارک و گلوئون وجود دارد)، در این باره که شاره‌ی کامل است نیز چیزهای جالب یاد گرفته‌ایم، اما هیچ‌کدام از اینها مستقیماً بر دینامیک عالم اولیه مثلاً بر هسته‌زایش در مه‌بانگ تأثیر ندارد."

استیو ویگدُور از بروک‌هِیوِن می‌گوید که از نتایج آلیس مسلماً رفتاری شبیه به مایعات با گران‌روی‌ی کم برمی‌آید اما هنوز زود است که ادعا شود تصویر مایع ِ تقریباً کامل "تأیید" شده است: "پرسشی که اینک باید پاسخش را یافت این است که اندازه‌ی این گران‌روی‌ی برشی چه‌قدر ا‌ست – چه‌قدر به حد کوانتومی‌ی زیرین که در فرضیه‌ها مطرح شده است نزدیک هستیم؟ برای یافتن این پاسخ وقت زیادی صرف تحلیل داده‌های RHIC شده است و ال‌اچ‌سی هنوز به این مرحله هم نرسیده است"

دو آشکارگر اطلس و سی‌ام‌اس در سرن که همه‌ی ذرات را آشکار می‌کنند چشم‌اندازهای تازه‌ئی در باره‌ی حالت کوارک-گلوئون به‌دست داده‌اند. در سمیناری که هفته‌ی پیش در سرن برگزار شد نمایندگان گروه‌های پژوهشی‌ی این دو آشکارگر از مشاهدات مستقیم "فروکوبش جت‌ها"⁴ گزارش دادند – باریکه‌ی هم‌راستای هادرون‌هائی که تقریباً آناً از واپاشی‌ی کوارک‌ها و گلوئون‌ها حاصل می‌شوند در گذر از پلاسمای کوارک و گلوئون فروکوفته می‌شوند. ویگدور می‌گوید می‌توان گمان کرد فروکوبی‌ی جت‌ها در باره‌ی برهم‌کنش کوارک‌ها و گلوئون‌های پرانرژی آگاهی‌های جدید بدهد و به‌ هم‌بستگی‌های کوارک-گلوئون که به شاره‌ئی با گران‌روی‌ی کم منجر می‌شود وضوح بیشتری ببخشد. اطلس نتایج خود را دوشنبه‌ی گذشته منتشر کرد (arXiv: 1011.6182) و انتظار می‌رود که سی‌ام‌اس نیز هنگامی که تحلیل داده‌های برخورد یون‌های سنگین کامل شود نتایجش را منتشر کند. در سمینار هفته‌ی پیش سرن، سخن‌گوی آلیس، یورگن شوکرافت گفت جست‌وجو برای پلاسمای کوارک-گلوئون اساساً خاتمه یافته، کشفش اعلام خواهد شد،‌ و اندازه‌گیری‌ی خواصش تازه آغاز شده است.

پلاسمای کوارک-گلوئون در برخورد پروتون‌ها؟
داستان پلاسمای کوارک-گلوئون در ال‌اچ‌سی پیچش تازه‌ئی یافته است. در ماه ژوئیه که کار اصلی‌ی ال‌اچ‌سی برخورددادن پروتون‌ها بود، کارگردانان ِ آشکارگر سی‌ام‌اس در برخی پس‌ماندهای برخوردهای حاوی‌ی ذرات پرشمار، هم‌بستگی یافته‌اند یعنی زوج‌های ذرات در چنان زاویه‌هائی از محل برخورد دور شده‌اند که نشان می‌دهد پروتون‌ها در نقطه ی برخورد بر یک‌‌دیگر تأثیر گذاشته‌اند. در ماه سپتامبر اعضای گروه 3000نفری‌ی آزمایش سی‌ام‌اس اعلام کردند "اثری بالقوه جدید و جالب" مشاهده کرده‌اند که یادآور ویژگی ها ئی مشابه در آزمایش ها ی RHIC است (arXiv: 1009.4122v1)؛ در آن آزمایش ها این مشاهدات به معنی‌ی حضور ماده‌ی داغ و چگال تعبیرشده است.

مایکل تاننباؤم فیزیکدان RHIC می گوید "برخلاف کشف فروکوبش جت ها در ال‌اچ‌سی که شاهدی قوی بر تولید پلاسمای کوارک-گلوئون است، یادآوربودن را نمی‌توان به معنای علمی به اندازه در آورد و ادعای کشف اثرهای تازه در هم بستگی‌ها ی دوذره ای در نتایج سی ام اس عجولانه و بی‌دقت است." تاننباؤم در اظهارنظری در باره ی نتایج آزمایش سی‌ام‌اس (arXiv: 1010.0964v1) فهرستی از چند آزمون داده است که باید پیش از ادعای مشاهده‌ی پلاسمای کوارک-گلوئون باید انجام بگیرد. این آزمون‌ها به جنبه‌ها‌ئی از ویژگی‌های برخورد یون‌های طلا در RHIC مربوط می‌شوند.

پی‌یر وان مَکلِن از دانشگاه آنت‌وِرپ و عضو آزمایش سی‌ام‌اس می‌گوید که گروه‌ها‌ی همکار در این آزمایش تنها آن‌چه را اندازه گرفته‌اند گزارش کرده‌اند و هشدار می‌دهد که با قلمرو تازه‌ی انرژی سروکار داریم: "به نظر می رسد شماری مدل وجود دارند که از پس توضیح کیفی‌ی هم‌بستگی‌ها برمی‌آیند اما چالش واقعی بازساختن ِ دقیق اعدادی‌ست که در نتایج سی‌ام‌اس به دست آمده."

ظرافت موضوع
تعبیر برخوردهای ال‌اچ‌سی نیاز به ظرافت و باریک‌‌بینی دارد. کوارک‌ها بخش کوچکی از پروتون را می‌سازند و تقریباً همه‌ی جرم پروتون برخاسته از افت‌وخیزهای دریای گلوئون‌هاست که عمرشان در انرژی‌های برخورد در ال‌اچ‌سی آن قدر اتساع زمانی می‌یابد که می توان برخوردهای پروتون‌ها را به صورت برخورد پیکربندی‌های کاتوره‌ای‌ی "نقاط داغ" گلوئونی دید. تجربه‌گرها باید از انبوه جت‌ها و پس‌ماندهائی که در تلاطم برخورد حاصل می‌شود جزئیات فیزیک ِ کوارک‌ها و گلوئون‌ها را که کرومودینامیک کوانتومی توصیف می‌کند بیرون بکشند و به هم ارتباط دهند. معاون هماهنگ‌کننده‌ی آزمایش سی‌ام‌اس گونتر دیسرتوری می‌گوید: " لبه⁵‌ئی را که در نتایج سی‌ام‌اس دیده می‌شود هیچ‌یک از مدل‌های مونت‌کارلوی فعلی در QCD پیش‌بینی نکرده بودند، و برای کسانی که با برخورد یون‌های سنگین سروکار نداشته‌اند نتیجه‌ئی که به دست آمد کاملا غیرمنتظره بود."

به‌دنبال انتشار نتایج سی‌ام‌اس مقالات زیادی برای توضیح این هم‌بستگی‌ها منتشر شده است: چه این هم‌بستگی‌های دوذره‌ای برخاسته از چگاله‌ی شیشه‌گون رنگ⁶ باشد (arXiv: 1009.5295v2)، یا پلاسمای کوارک-گلوئون، یا حالت چرخان (arXiv: 1009.5229v3) یا انفجاری (arXiv: 1009.4635v1) ازبندرسته‌ی کوارک و گلوئون⁷، یا شاید درهم‌تافتگی‌ی کوانتومی‌ی گلوئودینامیکی، فیزیکدان‌ها برای آن‌که در نهایت بتوانند در جست‌وجوی ذرات جدید سیگنال را از پس‌زمینه‌ جدا کنند باید لبه‌ئی را که در نتایج مشاهده کرده‌اند توضیح دهند. باریکه‌ی ال‌اچ‌سی ممکن است تا فوریه دوباره راه نیافتد اما هنوز تعبیر داده‌های سال اول کار ال‌اچ‌سی به سرانجام نرسیده است.

منبع:


پانوشت‌ها:



نویسنده خبر: علی مسچیان