يكتشف الفيزيائيون متى تتعثر أقوى قوة في الطبيعة

نحن نقترب من الفهم عندما تُرخي القوة النووية الشديدة قبضتها على المكونات الأساسية للمادة، مما يسمح للكواركات والجلونات الموجودة داخل الجسيمات بالتحول فجأة إلى حساء جسيمات ساخن.

هناك مزيج خاص من درجة الحرارة والضغط تتواجد فيه المراحل الثلاث للمياه – السائل والجليد والبخار – في وقت واحد. لعقود من الزمن، ظل الباحثون يبحثون عن “نقطة حرجة” مماثلة للمادة التي تحكمها القوة النووية الشديدة، التي تربط الكواركات والجلونات في البروتونات والنيوترونات.

إن تحطيم الأيونات في مصادمات الجسيمات يمكن أن يخلق حالة تنهار فيها القوة الشديدة وتسمح للكواركات والجلونات بتكوين “بلازما كوارك-غلوون” حساء. ولكن يظل من غير الواضح ما إذا كان هذا التحول مسبوقًا بنقطة حرجة. لقد اقترب شين دونج – من مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا – وزملاؤه الآن من حل هذه المشكلة.

وقاموا بتحليل عدد وتوزيع الجسيمات التي تم إنشاؤها في أعقاب تحطيم اثنين من أيونات الذهب النشطة للغاية في مصادم الأيونات الثقيلة النسبية في مختبر بروكهافن الوطني في ولاية نيويورك. يقول دونج إنهم كانوا يحاولون بشكل فعال إنشاء مخطط طور للكواركات والجلونات، وهي خريطة توضح أنواع المادة التي تسمح القوة القوية بالتشكل في ظل ظروف مختلفة. لم تحدد التجربة الجديدة النقطة الحرجة على هذه الخريطة بقدر كبير من اليقين، لكنها ضيقت بشكل كبير المنطقة التي يمكن أن تكون فيها.

هناك جزء من مخطط الطور حيث “تذوب” المادة إلى بلازما تدريجيًا، مثل تليين الزبدة على المنضدة، لكن النقطة الحرجة ستتوافق مع تحول أكثر مفاجئة، مثل قطع الجليد التي تظهر فجأة في الماء السائل، كما تقول أغنيشكا سورنسن من منشأة أشعة النظائر النادرة في ميشيغان، والتي لم تشارك في العمل. وتقول إن التجربة الجديدة لن تكون بمثابة دليل لمكان البحث عن هذه النقطة فحسب، ولكنها كشفت أيضًا عن خصائص الجسيمات التي قد تقدم أفضل الأدلة على وجودها.

تقول كلوديا راتي من جامعة هيوستن في تكساس إن العديد من الباحثين كانوا يتوقعون هذا التحليل الجديد بحماس، لأنه أعطى دقة لم تتمكن القياسات السابقة من تحقيقها، وقد فعلوا ذلك بالنسبة لجزء من مخطط الطور حيث تكون الحسابات النظرية صعبة للغاية. في الآونة الأخيرة، تقاربت عدة تنبؤات لموقع النقطة الحرجة، وسيكون التحدي الذي يواجه التجريبيين هو تحليل البيانات الخاصة بطاقات الاصطدام الأقل المقابلة لهذه التوقعات، كما تقول.

يقول دونج إن الاكتشاف الواضح للنقطة الحرجة سيكون بمثابة إنجاز كبير للأجيال. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن القوة الشديدة هي القوة الأساسية الوحيدة التي يشتبه الفيزيائيون في أن لها نقطة حرجة. بالإضافة إلى ذلك، لعبت هذه القوة دورًا مهمًا في تشكيل كوننا: فهي تحكم خصائص المادة الساخنة والكثيفة التي نشأت مباشرة بعد الانفجار الكبير، ولا تزال تحدد بنية النجوم النيوترونية. يقول دونغ إن تجارب المصادم مثل التجربة الجديدة يمكن أن تساعدنا في فهم ما يحدث داخل هذه الأجسام الكونية الغريبة بمجرد إكمال مخطط طور القوة القوية.