भौतिकविदों ने माना: बिग बैंग के आदिम गोंद को फिर से बनाने के लिए ब्रह्मांडीय हथौड़े की ज़रूरत नहीं

दशकों तक, क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज़्मा (QGP) बनाने का नियम सरल था — यह अति-तप्त शोरबा जिसमें मुक्त क्वार्क और ग्लूऑन होते हैं और जो ब्रह्मांड के पहले दस लाखवें सेकंड में भरा हुआ था। नियम था: जो सबसे बड़ा नाभिक मिले, उसे लाओ। विशेष रूप से सीसा, जो LHC प्रयोगों में आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले प्रोटॉन से 200 गुना से भी अधिक भारी है। धारणा यह थी कि केवल ऐसे भारी-भरकम नाभिक ही वह ज़बरदस्त दबाव और गर्मी पैदा कर सकते हैं — सूर्य के केंद्र से 100,000 गुना अधिक तापमान — जहाँ प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक-दूसरे को थामे नहीं रह पाते और अपने घटक क्वार्क और ग्लूऑन में घुल जाते हैं।

पता चला कि ब्रह्मांड शायद इससे कहीं अधिक कंजूस रहा होगा। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) में पहली बार ऑक्सीजन टक्करों के एक साल बाद, इसके चारों प्रमुख शोध सहयोगों — ALICE, ATLAS, CMS और LHCb — ने अब संकेत दिए हैं कि पदार्थ का यह आदिम रूप ऑक्सीजन और नियॉन नाभिकों की टक्कर से भी उभर सकता है। जी हाँ, ऑक्सीजन और नियॉन। हल्के-फुल्के तत्व। भागीदारी-ट्रॉफी वाले नाभिक।

ये नतीजे इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देते हैं कि इतना चरम पदार्थ बनाने के लिए ज़बरदस्त बलों की ज़रूरत होती है, और वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड के शुरुआती क्षणों की परिस्थितियों की जाँच का एक नया तरीका देते हैं।

QGP की पहचान का एक सबसे स्पष्ट तरीका यह देखना है कि जब ऊर्जावान क्वार्क और ग्लूऑन इसके भीतर से गुज़रने की कोशिश करते हैं तो क्या होता है। जैसे-जैसे ये कण अत्यधिक गर्म और घने पदार्थ से गुज़रते हैं, वे अपनी कुछ ऊर्जा खो देते हैं — जिसे वैज्ञानिक पार्टन ऊर्जा हानि कहते हैं, और यह QGP बनने का एक सुविधाजनक सुराग है। ATLAS सहयोग ने कण-जेट के जोड़ों — जब ऊर्जावान क्वार्क और ग्लूऑन टक्कर से बाहर निकलते हैं तो उत्पन्न होने वाली कणों की केंद्रित धाराएँ — का अध्ययन करके इस प्रभाव का स्पष्ट रूप से पता लगाया, जो ऑक्सीजन-ऑक्सीजन और नियॉन-नियॉन टक्करों के दौरान उत्पन्न हुए। शोधकर्ताओं ने जोड़े गए जेटों के बीच ऊर्जा में अंतर देखा, जो संकेत देता है कि कुछ कणों ने आसपास के पदार्थ से गुज़रते समय ऊर्जा खोई थी। यह प्रभाव विशेष रूप से अधिक सीधी, आमने-सामने (केंद्रीय) टक्करों के दौरान स्पष्ट था, जिनसे प्लाज़्मा की बड़ी मात्रा बनने की उम्मीद है, जिससे कणों को अधिक पदार्थ से गुज़रना पड़ता है और अधिक ऊर्जा हानि होती है। प्रारंभिक ATLAS परिणाम इसकी पुष्टि करते हैं: फोटॉनों से विपरीत दिशा में प्रतिक्षेपित आवेशित कणों की जाँच करके, शोधकर्ताओं ने ऊर्जा हानि और नाभिकों की टक्कर कितनी केंद्रीय थी, के बीच समान संबंध पाया।

ALICE, CMS और LHCb ने एक अलग दृष्टिकोण से उसी अंतर्निहित प्रक्रिया की खोज की। जेट ऊर्जा पर मुख्य रूप से ध्यान केंद्रित करने के बजाय, उन्होंने जाँच की कि प्लाज़्मा कुछ ऊर्जावान कणों के उत्पादन को कैसे कम करता प्रतीत होता है। CMS ने पाया कि प्रोटॉन-प्रोटॉन टक्करों की तुलना में ऑक्सीजन-ऑक्सीजन और नियॉन-नियॉन दोनों टक्करों में आवेशित-कण उत्पादन दबा हुआ था — जो QGP के भीतर कणों की ऊर्जा हानि के अनुरूप है, और इस बात का और सबूत है कि यह विदेशी पदार्थ हल्के नाभिकों वाली टक्करों में भी बन सकता है। LHCb ने एक अलग अध्ययन में एक और महत्वपूर्ण सुराग दिया, जिसमें चार्म क्वार्क और एक हल्के क्वार्क वाले कणों की जाँच की गई और ऑक्सीजन व नियॉन टक्करों में उनके उत्पादन को कितनी मज़बूती से दबाया गया, इसकी तुलना की गई। दमन अधिक भारी नियॉन टक्करों में अधिक स्पष्ट था, ठीक वैसा ही व्यवहार जिसकी वैज्ञानिक उम्मीद करेंगे यदि बड़ी टक्करें अधिक मात्रा में प्लाज़्मा उत्पन्न करती हैं, जिससे कण इससे गुज़रते समय अधिक ऊर्जा खोते हैं।

हालाँकि, कम कण उत्पादन ज़रूरी नहीं कि यह साबित करे कि ऊर्जा हानि ही इसके लिए ज़िम्मेदार है; अन्य भौतिक प्रक्रियाएँ संभावित रूप से समान प्रभाव उत्पन्न कर सकती हैं। इसलिए ALICE ने ऑक्सीजन-ऑक्सीजन और प्रोटॉन-ऑक्सीजन टक्करों में तटस्थ पायन, एक अन्य प्रकार के उप-परमाण्विक कण, के उत्पादन की तुलना की। इस तुलना ने ऑक्सीजन-ऑक्सीजन टक्करों में पार्टन ऊर्जा हानि का स्पष्ट सबूत प्रदान किया, जिससे इस तर्क को बल मिला कि अपेक्षाकृत छोटी परमाणु टक्करें भी QGP से जुड़ी परिस्थितियाँ उत्पन्न कर सकती हैं।

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