لعقود من الزمن، كانت القاعدة لصنع بلازما الكوارك-غلوون (QGP) - وهي الحساء فائق الحرارة من الكواركات والغلوونات الحرة التي ملأت الكون في أول أجزاء من المليون من الثانية - بسيطة: أحضر أكبر نوى لديك. الرصاص تحديدًا، الذي يزيد وزنه أكثر من 200 مرة عن وزن البروتونات المستخدمة عادة في تجارب مصادم الهادرونات الكبير. كان الافتراض أن فقط هذه الأثقال القوية يمكنها توليد الضغط والحرارة الهائلين المطلوبين، بدرجات حرارة تتجاوز 100,000 مرة درجة حرارة مركز الشمس، حيث تتوقف البروتونات والنيوترونات عن تماسكها وتتحلل إلى الكواركات والغلوونات المكونة لها.

اتضح أن الكون ربما كان أكثر اقتصادًا من ذلك. بعد عام واحد من أول تصادمات الأكسجين على الإطلاق في مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، أبلغت الآن جميع تعاونياته البحثية الأربع الكبرى - ALICE وATLAS وCMS وLHCb - عن علامات على أن هذا الشكل البدائي من المادة يمكن أن ينشأ عندما تتصادم نوى الأكسجين والنيون. نعم، الأكسجين والنيون. المواد الخفيفة. النوى التي حصلت على كأس المشاركة.

تتحدى النتائج افتراضًا طويل الأمد حول القوى الهائلة اللازمة لإنشاء مادة متطرفة كهذه، وتقدم للعلماء طريقة جديدة لدراسة الظروف التي سادت خلال اللحظات الأولى من عمر الكون.

إحدى أوضح طرق تحديد بلازما الكوارك-غلوون هي مراقبة ما يحدث عندما تحاول الكواركات والغلوونات عالية الطاقة اختراقها. أثناء تحرك هذه الجسيمات عبر المادة فائقة الحرارة والكثافة، تفقد بعضًا من طاقتها - وهي عملية يسميها العلماء فقدان طاقة البارتون، ودليل مفيد على تكون بلازما الكوارك-غلوون. اكتشفت تعاونية ATLAS هذا التأثير بوضوح من خلال دراسة أزواج نفاثات الجسيمات - تيارات مركزة من الجسيمات تنتج عندما تخرج الكواركات والغلوونات عالية الطاقة من تصادم - المتولدة خلال تصادمات الأكسجين-الأكسجين والنيون-النيون. لاحظ الباحثون اختلافات في الطاقة بين النفاثات المزدوجة، مما يشير إلى أن بعض الجسيمات فقدت طاقة أثناء تحركها عبر المادة المحيطة. كان التأثير واضحًا بشكل خاص خلال التصادمات المركزية المباشرة، التي يُتوقع أن تخلق حجمًا أكبر من البلازما، مما يمنح الجسيمات مادة أكثر للسفر عبرها ويسبب فقدانًا أكبر للطاقة. تدعم نتائج ATLAS الأولية هذا: من خلال فحص الجسيمات المشحونة التي ترتد في الاتجاه المعاكس للفوتونات، وجد الباحثون علاقة مماثلة بين فقدان الطاقة ومدى مركزية تصادم النوى.

بحثت ALICE وCMS وLHCb عن العملية الأساسية نفسها بنهج مختلف. بدلاً من التركيز بشكل أساسي على طاقة النفاثة، فحصوا كيف تبدو البلازما وهي تقلل إنتاج جسيمات عالية الطاقة معينة. وجدت CMS أن إنتاج الجسيمات المشحونة كان مكبوتًا في تصادمات الأكسجين-الأكسجين والنيون-النيون مقارنة بتصادمات البروتون-البروتون - بما يتوافق مع فقدان الجسيمات للطاقة داخل بلازما الكوارك-غلوون، ودليل إضافي على أن المادة الغريبة يمكن أن تتشكل في تصادمات تشمل نوى أخف. أبلغت LHCb عن دليل مهم آخر في دراسة منفصلة، بفحص جسيمات تحتوي على كوارك ساحر وكوارك أخف ومقارنة مدى قوة كبت إنتاجها في تصادمات الأكسجين والنيون. كان الكبت أكثر وضوحًا في تصادمات النيون الأثقل، وهو بالضبط السلوك الذي يتوقعه العلماء إذا كانت التصادمات الأكبر تنتج أحجامًا أكبر من البلازما، مما يتسبب في فقدان الجسيمات لمزيد من الطاقة أثناء مرورها عبرها.

لكن انخفاض إنتاج الجسيمات لا يثبت بالضرورة أن فقدان الطاقة هو المسؤول؛ فقد تنتج عمليات فيزيائية أخرى تأثيرات مماثلة. لذلك قارنت ALICE إنتاج البيونات المحايدة، وهو نوع آخر من الجسيمات دون الذرية، في تصادمات الأكسجين-الأكسجين والبروتون-الأكسجين. قدمت المقارنة دليلًا قاطعًا على فقدان طاقة البارتون في تصادمات الأكسجين-الأكسجين، مما يعزز الحجة بأن حتى التصادمات النووية الصغيرة نسبيًا يمكنها توليد ظروف مرتبطة ببلازما الكوارك-غلوون.

بحث الباحثون أيضًا عن دليل آخر