پس از 20 سال، بیدارهای انتشار جت در پلاسمای کوارک گلوئون شناسایی شد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

قایق‌هایی که از روی آب صاف عبور می‌کنند، یک جفت بیدار انتشاری در پشت خود تشکیل می‌دهند که با زاویه خاصی منحرف می‌شوند. آشفتگی در امتداد خط مستقیما در پشت قایق رخ می دهد، اما دو موج انتشار در یک زاویه نظری 19.5 درجه از یک خط قرار دارند تا آب عمیق و ایده آل صاف باشد.

اکنون فیزیکدانان برای اولین بار امواج انتشار جت‌هایی را که از پلاسمای کوارک-گلئون (QGP) عبور می‌کنند، اندازه‌گیری کرده‌اند، پدیده‌ای که برای اولین بار ۲۰ سال پیش پیش‌بینی شد، پس از آنکه متوجه شد QGP‌ها مایع هستند نه پلاسما (یعنی مانند گاز). در واقع، آنها کامل ترین مایع در جهان هستند. نتیجه بدست آمده توسط CMS Collaboration در Physical Review Letters منتشر شده است.

QGP ها وضعیت جهان برای چند میکروثانیه اول آن بودند، از حدود یک تریلیونم ثانیه پس از انفجار بزرگ تا چند میکروثانیه پس از آن. 200000 برابر گرمتر از مرکز خورشید است و ویسکوزیته آن برای اولین بار در سال 2005 در برخوردهای یونی سنگین در برخورد دهنده یون سنگین نسبیتی (RHIC) در آزمایشگاه ملی بروکهاون در نیویورک استنباط شد.

نسبت ویسکوزیته برشی به دانسیته آنتروپی 0.08 تا 0.20 کلوین ثانیه است که کمتر از یک دهم آب در دما و فشار اتاق و حدود یک میلیونم هوای خشک است. (توجه داشته باشید که این ویسکوزیته نیست، بلکه در نسبتی با آنتروپی است.

اولگا اودوکیموف از دانشگاه ایلینوی شیکاگو و یکی از همکاران در آزمایش CMS روی برخورد دهنده بزرگ هادرون در سرن می گوید این ویژگی ها به این معنی است که QGP "گرم ترین، متراکم ترین و کامل ترین سیال در جهان است."

بر خلاف آب یا هوا، یک جنبه جدید از ایجاد QGP، جت هایی بود که از آن عبور می کردند. جت‌ها ابتدا به‌عنوان جریانی از ذرات نیروی قوی - کوارک‌ها و گلوئون‌ها - دیده شدند که از برخورد پرانرژی پروتون‌ها و پروتون‌ها (یا دیگر "هادرون‌ها") دور می‌شوند.

از آنجایی که یک کوارک یا گلوئون به تنهایی نمی‌تواند وجود داشته باشد - نیروی قوی با فاصله قوی‌تر می‌شود، نه ضعیف‌تر، خاصیتی به نام آزادی مجانبی - یک کوارک که از برخورد هادرون و هادرون خارج می‌شود، ناگزیر ذرات دیگری را در اطراف خود ایجاد می‌کند تا در نهایت هادرون ایجاد کند.

این جریان از ذرات مخروطی "جت" نامیده می شود و مشاهدات آنها برای درک کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، نظریه میدان کوانتومی که نیروی قوی حاکم بر برهمکنش بین کوارک ها و گلوئون ها را توصیف می کند، حیاتی بوده است.

برای جستجوی بیداری های انتشاری که در QGP ها انتظار می رفت، همکاری CMS در سرن در اروپا، هسته های سرب را به هسته های سربی که در جهت مخالف حرکت می کردند، با انرژی کل 5 گیگالکترون ولت (GeV)، در حدود 40 درصد از بالاترین برخورد پروتون-پروتون سرن، شکست. اینها QGPهای داغ و متراکم را تولید کردند که در حدود 10 تا 22 ثانیه دوام داشتند.

در طول این بازه زمانی، یک کوارک یا گلوئون گهگاه انرژی کافی برای شلیک در یک جهت، با مقدار مساوی تکانه در جهت مخالف، پشت به پشت برای حفظ تکانه دارد. فعل و انفعالات در QGP معمولا آنها را در زوایایی غیر از 180 درجه قرار می دهند. اینها جت می شوند.

به بیان فنی، این جت ها در حال مبارزه با یک آشفتگی بزرگ هستند. کوارک‌ها و گلوئون‌ها و دیگر انرژی‌ها از طریق این «سوپ» در حال چرخش هستند، همه چیز به دلیل ماهیت پیچیده QCD با هر چیز دیگری تعامل دارد.

Evdokimov به Phys.org گفت: "قطره QGP به روشی پیچیده با سرعت انبساط معمولی برابر با نصف سرعت نور منفجر می شود و منبسط می شود." QGP آنقدر داغ است که ذرات نیز از خلاء "جوش" می زنند.

نتیجه هزاران ذره در یک منطقه است که معمولا چند تا ده برابر قطر یک پروتون است. (هسته‌های قبل از برخورد بزرگ هستند، معمولا سه تا چهار برابر قطر یک پروتون؛ شعاع پروتون اگرچه تیز نیست، تقریبا 10-10 8 متر است.)

همانطور که جت ها از نقطه برخورد دور می شوند، در میان QGP در حال گسترش و آشوب، تغییرات مقیاس بزرگی در توزیع ذرات ظاهر می شود. اودوکیموف می‌گوید: «برآمدگی‌ها، برآمدگی‌ها و دره‌هایی که بسیار بزرگ‌تر از شیب کوچکی هستند که از یک پیک انتظار داریم» رخ می‌دهد.

این امواج شبیه امواج اقیانوس هستند و اگر قرار است امواج کوچک‌تر دیده شوند، باید از داده‌ها کم شوند، کاری که CMS و سایر گروه‌های آزمایشی طی دو دهه گذشته یاد گرفته‌اند که انجام دهند.

حتی در آن زمان، پی‌ها آنقدر نازک هستند که معمولا در یک برخورد هسته-هسته دیده نمی‌شوند. بنابراین، این آزمایش میلیون‌ها برخورد را بررسی می‌کند، آن‌هایی را می‌یابد که دارای شتاب عرضی (در جهت برخورد) بالای یک بریدگی مشخص هستند، و توده داده‌های حاصل را تجزیه و تحلیل می‌کند تا از نظر آماری الگوهایی را پیدا کند که پی‌ها را شناسایی می‌کنند. بر خلاف یک قایق روی آب صاف، این بیدارها به دلیل تعداد زیادی از تعاملات در QGP در محیط بسیار پیچیده‌تری قرار دارند.

اودوکیموف می‌گوید: «بزرگ‌ترین شگفتی، یا بهتر است بگوییم، هیجان برای ما این بود که بتوانیم در نهایت این پدیده را مشاهده کنیم. "بسیاری از جستجوهای قبلی، از جمله برخی از جستجوهای انجام شده توسط گروه من"، سیگنال‌های بیداری را مشاهده نکردند یا نتایج قطعی به همراه نداشتند."

اما، او توضیح می‌دهد، پیش‌بینی‌های نظری برای بیش از دو دهه نشان می‌داد: QGP در حال تکامل باید در پشت کوارک‌ها و گلوئون‌های متحرک سریع، یک واکنش انتشار داشته باشد. ما از تایید آزمایشی این موضوع هیجان زده شدیم.

توسط نویسنده ما دیوید آپل، ویرایش شده توسط Sadie Harley برای شما نوشته شده و توسط رابرت ایگان بررسی و بررسی شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

A. Hayrapetyan و همکاران، مشاهده موج انتشار جت با استفاده از دیجت ها در برخوردهای یون سنگین، نامه های بررسی فیزیکی (2026). DOI: 10.1103/g49y-8cjl

دیوید آپل یک نویسنده علمی مستقل اهل اورگان است که آثارش در مجله علمی آمریکایی، نیو ساینتیست، دنیای فیزیک و واشنگتن پست منتشر شده است. او دارای مدرک دکتری است. در فیزیک از دانشگاه استونی بروک. نمایه کامل →

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →