بیگ بنگ: فیزیکدانان دانشگاه اوتووش لوراند(ELTE) در حال انجام تحقیقاتی در مورد ماده‌ تشکیل دهنده‌ی هسته اتم هستند. آنها قصد دارند با استفاده از سه شتاب‌دهنده ذرات «سوپ اولیه‌ای» که جهان را در اولین میلیونیم ثانیه پس از بیگ بنگ پر کرده بود، بررسی نمایند.

به گزارش بیگ بنگ، به طرز جالبی، اندازه‌گیری‌ محققان نشان می‌دهد که حرکت ذرات مشاهده ‌شده، شباهت زیادی به جستجوی طعمه‌های شکارچیان دریایی، الگوهای تغییرات اقلیمی و نوسانات بازار سهام دارد.

بلافاصله پس از بیگ بنگ، دما به قدری شدید بود که هسته‌های اتم نمی‌توانستند وجود داشته باشند و همچنین نوکلئون‌ها (عناصر سازنده‌ی آنها) نمی‌توانستند وجود داشته باشند. از این رو در نمونه اولیه، کیهان با یک «سوپ اولیه» از کوارک‌ها و گلوئون‌ها پر شد.

با سرد شدن کیهان، این محیط تحت «انجماد» قرار گرفت و ذراتی را تشکیل داد که امروزه می‌شناسیم، مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها. این پدیده در مقیاس بسیار کوچک‌تری در آزمایش‌های شتاب‌دهنده ذرات تکرار می‌شود، جایی که برخورد بین دو هسته باعث ایجاد قطرات کوچک ماده کوارک می‌شود. این قطرات در نهایت از طریق انجماد به ماده معمولی تبدیل می‌شوند، تبدیلی که برای محققان این آزمایش‌ها شناخته شده است.

با این حال، خواص «ماده کوارک» به دلیل تفاوت در فشار و دمای ناشی از انرژی برخورد در شتاب‌دهنده‌های ذرات، متفاوت است. این تغییر نیازمند اندازه‌گیری‌هایی برای «اسکن» ماده در شتاب‌دهنده‌های ذرات با انرژی‌های مختلف، برخورد دهنده یون سنگین نسبیتی (RHIC) در ایالات متحده یا برخورددهنده سینکروترون سوپر پروتون(SPS) و برخورد دهنده هادرون بزرگ(LHC) در سوئیس است.

“ماته ساناد” استاد فیزیک در گروه فیزیک اتمی، دانشگاه اوتووش لوراند(ELTE) گفت: «این جنبه آنقدر حیاتی است که شتاب‌دهنده‌های جدیدی در سراسر جهان، به عنوان مثال در آلمان یا ژاپن، به طور خاص برای چنین آزمایش‌هایی ساخته می‌شوند. شاید مهمترین سوال این باشد که انتقال بین فازها چگونه رخ می‌دهد: ممکن است یک نقطه بحرانی در فاز ظاهر شود.»

هدف بلندمدت این تحقیق، درک برهمکنش‌های ماده کوارک و هسته‌های اتم است. سطح دانش کنونی در این زمینه را می‌توان به درک بشر از الکتریسیته در دوران ولتا، ماکسول یا فارادی تشبیه کرد.

در حالی که آنها تصوری از معادلات اساسی داشتند، اما برای توسعه‌ی فناوری‌هایی که زندگی روزمره را عمیقاً متحول کرده، از لامپ گرفته تا تلویزیون، تلفن، کامپیوتر و اینترنت، کار تجربی و نظری قابل‌توجهی لازم بود. علاوه بر این، درک ما از این برهمکنش هنوز در مراحل ابتدایی است، در نتیجه تحقیق برای کشف و ترسیم آن بسیار مهم است.

محققان ELTE در آزمایش‌هایی بر روی هر یک از این شتاب‌دهنده‌های فوق شرکت کرده‌اند و کار آنها در چند سال گذشته به تصویری جامع از هندسه‌ی “ماده کوارک” منجر شده است. آنها با استفاده از تکنیک‌های فمتوسکوپی به این امر دست یافتند. این تکنیک از همبستگی‌هایی استفاده می‌کند که از ماهیت موجی غیرکلاسیک و کوانتومی ذرات تولید شده ناشی می‌شوند، که در پایان ساختار مقیاس فمتومتری محیط (منبع ساطع کننده‌ی ذرات) را نشان می‌دهد.

“مارتون ناگی” یکی از محققان ارشد این گروه گفت: «در دهه‌های گذشته، فمتوسکوپی با این فرض انجام می‌شد که ماده کوارکی از توزیع طبیعی پیروی می‌کند، یعنی شکل گاوسی که در بسیاری از مکان‌های طبیعت یافت می‌شود.» با این حال، محققان مجارستانی به فرآیند لِوی که در رشته‌های مختلف علمی نیز آشناست، به عنوان یک چارچوب کلی‌تر روی آوردند؛ این فرآیند توصیف خوبی از جستجوی طعمه توسط شکارچیان دریایی، فرآیندهای بازار سهام و حتی تغییرات اقلیمی است.

ویژگی متمایز این فرآیندها این است که در لحظاتی خاص دستخوش تغییرات بسیار بزرگی می‌شوند (مثلاً زمانی که یک کوسه به دنبال غذا در یک منطقه جدید می‌گردد) و در چنین مواردی توزیع لوی به جای توزیع عادی (گاوسی) ممکن است رخ دهد.

این تحقیق به چند دلیل از اهمیت قابل‌توجهی برخوردار است. در درجه اول، یکی از مهمترین ویژگی‌های انجماد ماده کوارک یعنی تبدیل آن به ماده معمولی (هادرونیک)، شعاع فمتوسکوپی است (همچنین HBT-radius نامیده می‌شود، به دلیل ارتباط آن با اثر معروف هانبری براون و توئیس در نجوم) که از اندازه‌گیری‌های فمتوسکوپی مشتق می شود. با این حال، این مقیاس به هندسه فرضی محیط بستگی دارد.

همانطور که “دانیل کینسس” محقق فوق دکتری در این گروه به طور خلاصه بیان می‌کند، «اگر فرض گاوسی بهینه نباشد، دقیق‌ترین نتایج از این مطالعات را فقط می‌توان تحت فرض لوی به‌دست آورد. مقدار «نمای لوی» که توزیع لوی را تعیین می‌کند، همچنین ممکن است ماهیت انتقال فاز را روشن کند.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org