تم اكتشاف “جسيم X” من فجر الزمن داخل مصادم الهادرونات الكبير

بالعربي/ اكتشف علماء الفيزياء في أكبر جهاز تحطيم للذرات في العالم جسيمًا بدائيًا غامضًا منذ فجر التاريخ.

تم رصد حوالي 100 من الجسيمات “X” قصيرة العمر – التي سميت بهذا الاسم بسبب هياكلها غير المعروفة – لأول مرة وسط تريليونات من الجسيمات الأخرى داخل مصادم الهادرونات الكبير (LHC) ، أكبر معجل للجسيمات في العالم ، ويقع بالقرب من جنيف في CERN (المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية). 

تم اكتشاف جسيمات X ، التي من المحتمل أنها كانت موجودة في أصغر أجزاء من الثانية بعد الانفجار العظيم ، داخل مرق متجول من الجسيمات الأولية تسمى بلازما كوارك-غلوون ، والتي تشكلت في مصادم الهادرونات الكبير عن طريق تحطيم أيونات الرصاص معًا. من خلال دراسة جسيمات X البدائية بمزيد من التفصيل ، يأمل العلماء في تكوين الصورة الأكثر دقة حتى الآن لأصول الكون. نشروا النتائج التي توصلوا إليها في 19 يناير في مجلة Physical Review Letters .

قال المؤلف الرئيسي Yen-Jie Lee ، وهو عضو في تعاون CMS في CERN وعالم فيزياء الجسيمات التجريبية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في بيان: “هذه مجرد بداية القصة” . “لقد أظهرنا أنه يمكننا العثور على إشارة. في السنوات القليلة المقبلة ، نريد استخدام بلازما الكوارك-غلوون لفحص البنية الداخلية للجسيم X ، مما قد يغير نظرتنا إلى نوع المادة التي يجب أن ينتجها الكون.”

يتتبع العلماء أصول جسيمات X إلى بضعة أجزاء من المليون من الثانية بعد الانفجار العظيم ، عندما كان الكون عبارة عن حساء بلازما شديد الحرارة بدرجة تريليون درجة تعج بالكواركات والغلونات – وهي جسيمات أولية سرعان ما بردت واندمجت في البروتونات الأكثر استقرارًا والنيوترونات التي نعرفها اليوم. 

قبل هذا التبريد السريع مباشرة ، اصطدم جزء صغير من الغلوونات والكواركات ، فالتصقت معًا لتكوين جسيمات X قصيرة العمر. لا يعرف الباحثون كيف تقوم الجسيمات الأولية بتكوين نفسها لتشكيل بنية الجسيم X. ولكن إذا تمكن العلماء من معرفة ذلك ، فسيكون لديهم فهم أفضل لأنواع الجسيمات التي كانت وفيرة خلال اللحظات الأولى للكون. 

لإعادة تكوين ظروف الكون في مهده ، أطلق الباحثون في LHC ذرات الرصاص الموجبة الشحنة على بعضهم البعض بسرعة عالية ، مما أدى إلى تحطيمها لإنتاج آلاف الجسيمات الأخرى في انفجار مؤقت من البلازما يشبه الحساء البدائي الفوضوي للكون الشاب. كان هذا هو الجزء السهل. كان الجزء الصعب هو غربلة البيانات من 13 مليار تصادم أيوني وجهاً لوجه للعثور على جسيمات X.

قال لي: “من الناحية النظرية ، هناك الكثير من الكواركات والغلونات في البلازما التي يجب تعزيز إنتاج جسيمات X”. “لكن الناس اعتقدوا أنه سيكون من الصعب للغاية البحث عنها ، لأن هناك الكثير من الجسيمات الأخرى المنتجة في حساء الكوارك هذا.”The LHC

لكن الباحثين كان لديهم دليل مفيد للعمل معه. على الرغم من أن علماء فيزياء الجسيمات لا يعرفون بنية الجسيم X ، إلا أنهم يعرفون أنه يجب أن يكون لها نمط تحلل مميز للغاية ، لأن الجسيمات “الابنة” التي تصنعها يجب أن تنطلق عبر زوايا مختلفة تمامًا عن تلك التي تنتجها الجسيمات الأخرى. مكنت هذه المعرفة الباحثين من إنتاج خوارزمية تلتقط العلامات الواضحة لعشرات من جسيمات X.

قال المؤلف المشارك جينغ وانغ ، الفيزيائي بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في البيان: “من غير المعقول تقريبًا أن نتمكن من استخلاص هذه الجسيمات المائة من مجموعة البيانات الضخمة هذه”. “كنت أسأل نفسي كل ليلة ، هل هذه حقًا إشارة أم لا؟ وفي النهاية ، قالت البيانات نعم!”

الآن بعد أن حدد الباحثون توقيع الجسيم X ، يمكنهم تحديد هيكله الداخلي. تتكون البروتونات والنيوترونات من ثلاثة كواركات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا ، لكن يعتقد الباحثون أن جسيم X سيبدو مختلفًا تمامًا. هم يعرفون على الأقل أن الجسيم الجديد يحتوي على أربعة كواركات ، لكنهم لا يعرفون كيف يتم ربطهم. يمكن أن يشتمل الجسيم الجديد على أربعة كواركات مرتبطة ببعضها البعض بشكل متساوٍ ، مما يجعله جسيمًا غريبًا يسمى رباعي الكوارك ، أو زوجان من الكواركات – يسميان الميزونات – مرتبطان بشكل غير محكم ببعضهما البعض.

قال لي: “حاليًا ، تتوافق بياناتنا مع كلا [الهيكلين] لأننا لا نملك إحصاءات كافية حتى الآن”. “في السنوات القليلة المقبلة ، سنأخذ المزيد من البيانات حتى نتمكن من فصل هذين السيناريوهين. سيؤدي ذلك إلى توسيع نظرتنا لأنواع الجسيمات التي تم إنتاجها بكثرة في الكون المبكر.”

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com