🔘 یک بیگبنگ کوچک: هستههایی به شکل پین بولینگ زوایای جدیدی از نخستین لحظات جهان را روشن میکنند🌌 آشکارساز ALICE در سرن. منبع: ژولین اوردان / سرن¹★ در نخستین لحظات جهان—پیش از آنکه بلوکهای سازنده زندگی و دنیای امروزی ما به وجود آیند—چه گذشت؟ فیزیکدانان در مرکز تحقیقاتی سرن (CERN) در سوئیس تلاش میکنند با بازسازی برخی از شرایط فوقالعاده شدیدی که در نخستین تاریخچه جهان حاکم بود، به این پرسش پاسخ دهند. اکنون، پژوهشگرانی از انستیتو نیلز بور (Niels Bohr Institute) همراه با همکاران خود در همکاری بینالمللی ALICE، یک گام به درک آن شرایط نزدیکتر شدهاند.²★ در سرن، پژوهشگران میتوانند هستههای اتمی را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به یکدیگر برخورد دهند و قطرات بسیار کوچکی از «ماده نخستین» ایجاد کنند که جهان را در اولین یکمیلیونیم ثانیه پس از پیدایش پر کرده بود. این ماده با نام «پلاسمای کوارک-گلوئون» (Quark-gluon plasma) شناخته میشود و گمان میرود نخستین شکل از ماده در جهان بوده است.³★ برای سالهای متمادی، دانشمندان فرض میکردند که ایجاد این پلاسما نیازمند برخورد بین هستههای اتمی بسیار سنگین مانند سرب است. اما فیزیکدانان انستیتو نیلز بور اکنون موفق شدهاند با کوبیدن هستههای بسیار کوچکترِ اکسیژن-۱۶ (Oxygen-16) و نئون-۲۰ (Neon-20) به یکدیگر، این ماده نخستین را بازسازی کنند.⁴★ یو ژو (You Zhou)، دانشیاری که رهبری این آزمایش را بر عهده داشته و تا چندی پیش در انستیتو نیلز بور دانشگاه کوپنهاگ مشغول به کار بوده است، میگوید: «ما مرز مربوط به کوچک بودن هستههای اتمی برای بازسازی این ماده نخستین—که میتوان آن را یک بیگبنگ کوچک نامید—را جابهجا کردهایم. اکنون اطلاعات بیشتری درباره شرایط بنیادی لازم برای انتقال ماده به این حالت افراطی و شدید داریم.»⁵★ «امیدواریم این دستاورد به ما کمک کند تا رفتار این پلاسما در نخستین لحظات جهان و نحوه تکامل بعدی آن به اشکالی از ماده که همه چیز در اطراف ما از آن ساخته شده را بهتر درک کنیم.»⁶★ یافتههای این پژوهش که به عنوان بخشی از آزمایش بینالمللی ALICE بهدست آمده، در مجله معتبر Physical Review Letters به چاپ رسیده است.🌌 نمایش رویداد برخوردهای بین نئون-۲۰ و اکسیژن-۱۶ در برخورددهنده بزرگ هادرونی سرن. منبع: دانشگاه کوپنهاگ.✨ یک بیگبنگ میکروسکوپی به شکل پین بولینگ⁷★ هنگامی که هستههای اتمی برخورد میکنند، اجزای تشکیلدهنده آنها به قطره کوچکی از پلاسمای کوارک-گلوئون تبدیل میشوند که تنها برای کسر بسیار کوچکی از ثانیه دوام میآورد. این قطره از ماده فوقالعاده داغ سپس منبسط میشود. پژوهشگران نمیتوانند پلاسما را مستقیماً مشاهده کنند، اما میتوانند ذراتی را که این ماده اندکی بعد به آنها تبدیل میشود اندازهگیری کنند.⁸★ در اینجا مشخص شده است که الگوی حرکتی ذرات، شکل هسته اتم را آشکار میسازد. در حالی که برخورد بین دو هسته اکسیژن الگویی گردتر تولید میکند، برخوردهای شامل نئون الگویی شبیه به پین بولینگ ایجاد میکنند.⁹★ امیل گورم دالبک نیلسن (Emil Gorm Dahlbæk Nielsen)، پژوهشگر پسادکترا در انستیتو نیلز بور و از نویسندگان همکار این مطالعه، توضیح میدهد: «ذرات ناشی از ماده نخستین مستقیماً تحت کنترل شکل هندسی هسته اتم هستند. اگر دو هستهای که به هم میکوبیم کروی باشند، یک الگو به دست میآوریم؛ اگر شبیه پینهای بولینگ باشند، الگوی دیگری به دست میآید. با مطالعه نحوه حرکت ذرات پس از برخورد، میتوانیم به بینشهایی درباره هستههای اتمی دست یابیم که دستیابی به آنها برای فیزیکدانان بسیار دشوار است.»¹⁰★ «این کار تا حدی شبیه تاباندن نور به یک جسم و دیدن سایه آن است. شما نمیتوانید جسم را مستقیماً ببینید، اما سایه آن شکلش را آشکار میکند. به همین ترتیب، حرکت ذرات، شکل هندسی هستههای اتمی موجود در آغاز برخورد را آشکار میسازد.»✨ ریشههای عمیق در انستیتو نیلز بور¹¹★ پرسش مربوط به شکل و ساختار هستههای اتمی بیش از ۷۰ سال است که فیزیکدانان را به خود مشغول کرده و ریشههای عمیقی در انستیتو نیلز بور دارد. در واقع، کار اوگه بور (Aage Bohr) بر روی ساختار هسته اتم بود که جایزه نوبل فیزیک ۱۹۷۵ را برای او به ارمغان آورد.¹²★ شکل یک هسته اتم صرفاً یک مسئله هندسی نیست؛ بلکه نحوه سازماندهی پروتونها و نوترونها را آشکار میکند و اطلاعات مهمی درباره «نیروی قوی» (Strong force)—یکی از چهار نیروی بنیادی طبیعت که دانشمندان همچنان در تلاش برای درک کامل آن هستند—ارائه میدهد.¹³★ تاکنون، پژوهشگران عمدتاً ساختار هستهای را در انرژیهای پایین بررسی میکردند، بهویژه از طریق مطالعه چرخش و ارتعاشات هستههای اتمی.