كيف تلتقط الموجة المثالية: يلقي العلماء نظرة فاحصة داخل السائل المثالي
تقربنا أبحاث Berkeley Lab من فهم كيف بدأ كوننا.
أبلغ العلماء عن أدلة جديدة لحل لغز كوني: كيف الكوارك-غلوون بلازما - سائل الطبيعة المثالي - تطور إلى مادة.
بضعة أجزاء من المليون من الثانية بعد الانفجار الكبير، اتخذ الكون المبكر حالة جديدة غريبة: حساء دون ذري يسمى بلازما كوارك-غلوون.
وقبل 15 عامًا فقط ، اكتشف فريق دولي يضم باحثين من مجموعة التصادمات النووية النسبية (RNC) في مختبر لورانس بيركلي الوطني (مختبر بيركلي) أن بلازما كوارك-غلوون هذه هي سائل مثالي - حيث الكواركات والغلونات ، اللبنات الأساسية للبروتونات والنيوترونات ، مترابطة بقوة بحيث تتدفق بدون احتكاك تقريبًا.
شاهد مقطع فيديو بفاصل زمني يظهر موجة ماخ أسرع من الصوت أثناء تطورها في بلازما كوارك-غلوون المتوسعة. توفر المحاكاة الحاسوبية رؤية جديدة لكيفية تشكل المادة أثناء ولادة الكون المبكر. الائتمان: مختبر بيركلي
افترض العلماء أن نفاثات عالية الطاقة من الجسيمات تطير عبر بلازما الكوارك-غلوون - وهي قطرة بحجم قطرة ذرةنواة - بسرعات أعلى من سرعة الصوت ، والتي مثل طائرة نفاثة سريعة الطيران ، تبعث دويًا أسرع من الصوت يسمى موجة ماخ. لدراسة خصائص هذه الجسيمات النفاثة ، في عام 2014 ، ابتكر فريق بقيادة علماء مختبر بيركلي تقنية تصوير ذري بالأشعة السينية تسمى التصوير المقطعي النفاث. كشفت نتائج تلك الدراسات المنوية أن هذه النفثات تتبدد وتفقد طاقتها أثناء انتشارها عبر بلازما كوارك-غلوون.
ولكن من أين بدأت رحلة الجسيمات النفاثة داخل بلازما الكوارك-غلوون؟ تنبأ العلماء بأن إشارة موجات Mach أصغر تسمى استيقاظ الانتشار ستخبرك أين تنظر. ولكن في حين كان من السهل ملاحظة فقدان الطاقة ، ظلت موجة ماخ وما يصاحبها من انتشار بعيد المنال.
يصف مقطع الفيديو هذا عام 2010 تصادم الجسيمات الثقيلة في مصادم الأيونات الثقيل النسبي التابع لمختبر بروكهافن الوطني. في عام 2005 ، أعلن علماء فيزياء RHIC أن المادة التي تنشأ في أكثر الاصطدامات نشاطا في المسرّع تتصرف كسائل شبه مثالي. تساعدنا خصائص هذا السائل ، بلازما كوارك-غلوون ، على فهم خصائص المادة في بدايات الكون. الائتمان: مختبر Brookhaven الوطني
الآن ، في دراسة نشرت مؤخرًا في المجلة استعراض للحروف البدنيةأفاد علماء مختبر بيركلي بنتائج جديدة من نماذج المحاكاة التي تظهر أن تقنية أخرى اخترعوها تسمى التصوير المقطعي النفاث ثنائي الأبعاد يمكن أن تساعد الباحثين في تحديد موقع الإشارة الشبحية للانتشار.
"إشاراتها ضئيلة للغاية ، فهي تشبه البحث عن إبرة في كومة قش مكونة من 10,000 جسيم. قال قائد الدراسة شين نيان وانج ، كبير العلماء في قسم العلوم النووية في مختبر بيركلي ، إنه لأول مرة ، تُظهر عمليات المحاكاة التي أجريناها أنه يمكن للمرء استخدام التصوير المقطعي ثنائي الأبعاد لالتقاط الإشارات الدقيقة لانتشار الانتشار في بلازما الكوارك-غلوون. كان جزءًا من الفريق الدولي الذي اخترع تقنية التصوير المقطعي ثنائي الأبعاد.
للعثور على تلك الإبرة الأسرع من الصوت في كومة قش كوارك-جلون ، أجرى فريق مختبر بيركلي مئات الآلاف من أحداث اصطدام نوى الرصاص التي تمت محاكاتها في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في CERN، وأحداث اصطدام نوى الذهب في المصادم الأيوني الثقيل النسبي (RHIC) في مختبر Brookhaven الوطني. تم إجراء بعض عمليات المحاكاة الحاسوبية للدراسة الحالية في منشأة مستخدم الكمبيوتر العملاق NERSC في Berkeley Lab.
يقول وانغ إن أسلوبهم الفريد "سيساعدك على التخلص من كل هذا التبن في مجموعتك - يساعدك على التركيز على هذه الإبرة." للإشارة الأسرع من الصوت للجسيمات النفاثة شكل فريد يشبه المخروط - مع تباطؤ الانتشار وراءها ، مثل تموجات الماء في أعقاب قارب سريع الحركة. لقد بحث العلماء عن دليل على هذا "الويكيليت" الأسرع من الصوت لأنه يخبرك أن هناك نضوبًا في الجسيمات. بمجرد تحديد موقع نشاط الانتشار في بلازما الكوارك-غلوون ، يمكنك تمييز إشارته عن الجسيمات الأخرى في الخلفية.
سيساعد عملهم أيضًا التجريبيين في LHC و RHIC على فهم الإشارات التي يجب البحث عنها في سعيهم لفهم كيف تطورت بلازما الكوارك-غلوون - السائل المثالي للطبيعة - إلى مادة. "من ماذا صنعنا نحن؟ كيف كان شكل الكون الرضيع في غضون بضعة ميكروثانية بعد الانفجار العظيم؟ لا يزال هذا العمل قيد التقدم ، لكن عمليات المحاكاة التي نجريها لتتبع الانتشار الذي طال انتظاره تجعلنا أقرب إلى الإجابة على هذه الأسئلة.
المرجعي: "بحث من أجل الاستيقاظ بعيد المنال الناجم عن النفث في Z / γ-Jets مع التصوير المقطعي النفاث ثنائي الأبعاد في تصادمات الأيونات الثقيلة عالية الطاقة "بواسطة Wei Chen و Zhong Yang و Yayun He و Weiyao Ke و Long-Gang Pang و Xin-Nian Wang ، 2 أغسطس 17، استعراض للحروف البدنية.
دوى: 10.1103 / PhysRevLett.127.082301
وكان المؤلفون المشاركون الآخرون هم وي تشين من جامعة الأكاديمية الصينية للعلوم. Zhong Yang ، جامعة Central China Normal ؛ Yayun He وجامعة Central China Normal وجامعة جنوب الصين للمعلمين ؛ Weiyao Ke و Berkeley Lab و UC Berkeley ؛ و Longgang Pang ، جامعة Central China Normal.
NERSC هي منشأة مستخدم تابعة لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في Berkeley Lab.
تم دعم هذا العمل من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة ومكتب الفيزياء النووية.
