🔘 فیزیک: برخوردهای برخورددهنده بزرگ هادرونی، ساختار و هندسه متغیر هسته‌های اکسیژن و نئون را آشکار م

🔘 فیزیک: برخوردهای برخورددهنده بزرگ هادرونی، ساختار و هندسه متغیر هسته‌های اکسیژن و نئون را آشکار می‌سازد🌌 برخورددهنده بزرگ هادرونی بزرگ‌ترین و قدرتمندترین شتاب‌دهنده ذرات در جهان است. منبع: سرن (CERN)¹★ بسیاری از مردم می‌دانند که برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) در سرن، ذرات بسیار کوچک زیراتمی را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به یکدیگر می‌کوبد تا قوانین بنیادی فیزیک را بیازماید و ذرات بنیادی جدیدی را کشف کند؛ اما برخی از این آزمایش‌ها به دانشمندان کمک می‌کنند تا ساختار واقعی اتم‌هایی را که از قبل با آن‌ها آشنا هستیم—مانند اکسیژن و نئون—بهتر تجسم کنند.²★ اگرچه کتاب‌های درسی علوم اغلب تصاویری از این اتم‌ها و سایر اتم‌ها را طوری نشان می‌دهند که گویی هسته آن‌ها ساختاری کاملاً ثابت و تعریف‌شده دارد، اما واقعیت بسیار پیچیده‌تر است. مطالعه جدیدی که در مجله Physical Review Letters به چاپ رسیده، جزئیات تازه‌ای را درباره ساختار داخلی اکسیژن و نئون بر اساس شارش ذراتِ خارج‌شده از برخوردهای اکسیژن-اکسیژن و نئون-نئون در LHC افشا می‌کند.✨ شارش ذرات حاصل از برخورد هسته‌های اتمی³★ هسته اتم‌ها به جای داشتن یک ساختار کاملاً معین و ثابت، در واقع دارای اشکالی پویا و متغیر هستند که توسط حالت‌های انرژی تعیین شده و قوانین احتمالات بر آن‌ها حاکم است. وقتی این هسته‌های اتمی با سرعت‌های بسیار بالا به هم برخورد می‌کنند، می‌توانند حالت بسیار داغ و کوتاه‌مدتی از ماده به نام «پلاسمای کوارک-گلوئون» (QGP) ایجاد کنند. ذراتی که به صورت QGP به بیرون پرتاب می‌شوند، معمولاً یک شارش یا جریان جمعی (Collective flow) از خود نشان می‌دهند که مانند یک سیال با تمایلی هماهنگ به سمت جهات خاصی رفتار می‌کند. این شارش می‌تواند اطلاعاتی درباره هندسه اولیه و آغازین برخورد ارائه دهد.⁴★ در گذشته از برخوردهای با انرژی بالا برای بررسی شکل هسته‌های سنگین‌تر مانند اورانیوم استفاده می‌شد. سیگنال‌های مشابه شارش‌مانند نیز در برخوردهای پروتون-پروتون و پروتون-هسته (pA) دیده شده بود. اما هسته‌های سبک‌تر مانند اکسیژن و نئون، آزمون دقیق‌تر و تمیزتری از این هندسه را نسبت به هسته‌های سنگین یا برخوردهای مبتنی بر پروتون ارائه می‌دهند.⁵★ نویسندگان این مطالعه جدید می‌نویسند: «برخلاف برخوردهای پروتون-هسته که در آن‌ها شرایط اولیه تحت تأثیر نوسانات رویداد-به-رویداد است، برخوردهای متقارنِ یون‌های سبک، کنترل بهتری روی هندسه اولیه برخورد فراهم می‌کنند؛ چرا که این هندسه عمدتاً توسط توزیع مکانی نوکلئون‌ها (پروتون‌ها و نوترون‌ها) تعیین می‌شود تا ساختار پارتونی پروتون. این امر برخوردهای متقارن یون‌های سبک را به گزینه‌ای ایده‌آل برای بررسی پاسخ جمعی حالت نهایی در سیستم‌های برخورد کوچک تبدیل می‌کند.»🌌 مقادیر v2 و v3 برای ذرات باردار به عنوان تابعی از مرکزیت در برخوردهای O+O (سمت چپ) و Ne+Ne (سمت راست) در انرژی ۵.۳۶ ترابالکترون‌ولت. منبع: Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/26wx-tg6f✨ آشکارسازی ساختار هسته‌ای اکسیژن و نئون⁶★ محاسبات هسته‌ای در مطالعات گذشته، چیدمان داخلی چهاروجهی‌شکل (Tetrahedron) را برای اکسیژن-۱۶ و چیدمان کشیده‌تر و «پین بولینگی‌شکل» را برای نئون-۲۰ پیشنهاد کرده بودند. پژوهشگران می‌گویند از آنجا که این دو یون دارای عدد جرمی مشابهی هستند، باید تکامل هیدرودینامیکی مشابهی نیز داشته باشند. این بدان معناست که انتظار می‌رود تفاوت در ویژگی‌های شارش طی برخوردهای اکسیژن-اکسیژن و نئون-نئون، عمدتاً بازتاب‌دهنده تفاوت در هندسه اولیه برخورد باشد و اطلاعاتی درباره ساختار هسته‌ای آن‌ها ارائه دهد.⁷★ این تیم برخوردهای مذکور را با آشکارساز CMS در برخورددهنده بزرگ هادرونی سرن با انرژی ۵.۳۶ ترابالکترون‌ولت به ازای هر جفت نوکلئون تحلیل کردند. اندازه‌گیری‌های آن‌ها با شبیه‌سازی‌های دینامیک شاره‌ها (هیدرودینامیک) که شامل محاسبات مدرن ساختار هسته‌ای است، مقایسه شد.⁸★ نتایج، شارش جمعی بیضوی (Elliptic flow) و مثلثی (Triangular flow) قابل توجهی را هم در برخوردهای اکسیژن-اکسیژن و هم نئون-نئون نشان داد. الگوهای شارش بسته به اینکه برخورد هسته‌ها چقدر مرکزی (روبرو) بوده تغییر می‌کرد که با رفتار یک سیال در پاسخ به شکل اولیه برخورد مطابقت دارد. این تیم می‌گوید در مستقیم‌ترین برخوردهای روبرو، نئون سیگنال شارش بیضوی قوی‌تری را در مقایسه با اکسیژن نشان داد. این نسبت فزاینده شارش بیضوی نئون به اکسیژن، به صورت کیفی با غیرکروی‌تر بودن ساختار داخلی نئون-۲۰ نسبت به اکسیژن-۱۶ سازگار است. با این حال، شارش مثلثی با پیش‌بینی‌های کمی مطابقت نداشت و نسبت شارش مثلثی به سمت برخوردهای مرکزی در جهت معکوس حرکت کرد.