علائمی از ساخته شدن سوپ پلاسمایی کوارک - گلوئون

سوپ ِ كوارك-گلوئون (quark-gluon plasma) یك حالت جدید ماده است. اما نه برای جهان چون دنیا یادش هست كه وقتی فقط یك میلیاردیم ثانیه عمر داشت، به مدت ده میلیونیم ِ ثانیه به شكل همین سوپ بوده، پس این چشمهای ما آدمهاست كه تا حالا چنین حالت جدیدی از ماده ندیده اند، نه جهان. سوپ ِ كوارك-گلوئون در واقع نوعی پلاسماست كه در آن كواركها و چسبهای بین كواركها (یعنی ذراتی بنام گلوئونها) به حالت آزاد وجود دارند. انتظار می رود كه چنین سوپی در قلب ستاره های نوترونی هم وجود داشته باشد.
فیزیكدانان شتابدهنده ی RHIC هفت روز قبل خبر دادند كه چنین سوپی را توانستند رد گیری كنند. به اینصورت كه دو باریكه ی طلا را كله به كله به هم زدند. با این كار گرما و فشار بشدت بالا می رود و پروتونها و نوترونها می توانند تغییر فاز بدهند و كواركها و چسبهای بین آنها (گلوئونها) برای مدت بسیار كوتاهی از هر قید و بندی آزاد شوند. این همان سوپیست كه از آن سخن رفت. همه ی اینها قبلا در نظریه ی كرومودینامیك كوانتومی تمام پیش بینی های مربوط به این سوپ ساخته شده.
بدلیل محدودیت ِ امكانات زمینی در تولید فشار و دما تا كنون نتوانسته بودیم چنین محیطی را فراهم كنیم. هنوز هم تیم ِ توماس كرك (Thomas Kirk) كه این برخورد طلا-طلا را سازمان داده اند، نمی خواهند ادعای ساختن ِ اولین سوپ ِ كوارك-گلوئون (quark-gluon plasma) روی این سیاره را بكنند، چون همه چیز در آنی رخ می دهد و دقتها را باید كمی بیشتر كرد. تا امروز چهار آزمایش مختلف انجام شده اند تا امضای این سوپ یافته شود.
كاری كه در RHIC انجام شد بطور ِ خلاصه عبارت بود از برخورد دو باریكه ی طلا از رو به رو (كله به كله) با هم. اینكار باعث می شود نزدیك به ۴۰۰ پروتون و نوترون در محل برخورد وجود داشته باشند. دمای آن منطقه حدودا ۳۰۰ میلیون برابر ِ دمای سطح خورشید می شود كه در این دما (كه البته تقریبا نزدیك به دمای ثانیه ی اول جهان است) پروتونها و نوترونها دیگر نمی توانند بصورت ذره ای باشند و گلوئونهایی كه بین كواركهای پروتونها و نوترونها كشش ایجاد می كنند، آزاد می شوند و كواركها هم آزاد می شوند. پس معجونی از گلوئون و كوارك پدید می آورد كه به سوپ QGP یا سوپ ِ پلاسمایی ِ كوارك-گلوئون معروف است.
چون زمان ِ بوجود آمدن ِ سوپ بسیار كم است بنابراین خود ِ سوپ را نمی توان دید بلكه اثرات ِ آن قابل مشاهده است. بوجود آمدن ِ سوپ علائمی چون جهش ذراتی از آن منطقه در جهتهای مخالف دارد كه به جت (jet) معروفند.
جت ها یا ذرات ثانویه ای كه بعد از تولید سوپ ِ كوارك-گلوئون در RHIC آشكار شدند كمتر و نامتقارن تر از این شكل در آزمایش برخورد دوترون-طلا هستند.
یكی از نكات مهم در پخش شدن ذرات ِ بعد از خلقت ِ سوپ كوارك-گلوئون اینست كه این ذرات ِ ثانویه یا جت (jet) كه انتظار می رفت بصورت جفت در جهتهای مخالف ِ هم دیده شوند نقصهایی داشتند به این معنی كه اگر جتی از یك طرف ظاهر شد، جفتش با همان تكانه در جهت مخالف مشاهده نمی شود. از همه مهمتر اینست كه تعداد جتهایی كه بعد از برخورد كله به كله ی طلا مشاهده می شود بسیار كمتر از تعدادیست كه پیش بینی می شد. مثلا در برخوردی ضعیفتر كه همین دو سه ماه پیش در همین RHIC رخ داد و در آن مولكول سبكتر ِ دوترون به طلا خورد تعداد جتهای بیشتری بوجود آمدند. البته در آن هنگام دما خیلی بالا نرفت و جت هایی كه تشكیل شدند امضای سوپ ِ مورد نظر را نداشتند.
اینكه جتها در اینجا آنچنان زیاد نیستند و تقارن در پخش شدن هم ندارند، از نظر تئوری توجیه شد و متوجه شدیم كه یك حوضه در محل برخورد دو باریكه ی طلا وجود دارد كه مثل یك دیواره ی اتش عمل می كند و اگر كواركی از آن بیرون بیاید مشاهده پذیر می شود و ثابل آشكارسازی، و اگر بیرون نیاید و آشكار نشود به این معنیست كه كوارك در آن حوضه به دام افتاده و برهم كنش كرده. به این پدیده «جت خوری (jet quenching) » می كویند. پس قانون بقای تكانه به نحوی پایسته می ماند.
تشكیل ِ شرایط ِ ابتدای جهان روی زمین كار بزرگیست كه می تواند بسیاری از پرسشها را پاسخ دهد.

منبع : شبکه فیزیک هوپا