نقشههای جدید پروتونها، رازهای شکلگیری ماده پس از آغاز جهان را روشنتر میکنند
زمانی که هستههای اتمی با سرعتی نزدیک به سرعت نور با یکدیگر برخورد میکنند، پدیدهای خارقالعاده رخ میدهد. پروتونها و نوترونها فرو میپاشند و کوارکها و گلوئونها، ریزترین اجزای سازنده ماده آزاد میشوند.
در این آشوب زودگذر، دانشمندان موفق به مشاهده پلاسما کوارک گلوئون (QGP) میشوند؛ شکلی از ماده که بلافاصله پس از بیگبنگ وجود داشته است. درک QGP کار سادهای نیست و پژوهشگران ابتدا باید شرایط اولیه از جمله شکل، چگالی و جریان ماده ایجادشده در برخوردها را رمزگشایی کنند. بدون این اطلاعات، ویژگیهای واقعی پلاسما پنهان باقی میماند.
به همین دلیل، یک تیم بینالمللی از جمله دانشگاه یووسکوله (University of Jyväskylä) مدلهای رایانهای پیشرفتهای را برای شبیهسازی این شرایط توسعه دادهاند. با حل معادلات پیچیده، این تیم نشان داده است که ساختار پروتونها و هستهها با انرژی برخورد تغییر میکند. مدلهای بهروزرسانیشده با دادههای تجربی همخوانی بیشتری داشته و دیدگاههای دقیقتری درباره شکلگیری QGP ارائه میدهند.
مدلهای دقیقتر، حقایق عمیقتر
دکتر هیکی منتوساری (Heikki Mäntysaari)، دانشیار دانشگاه یووسکوله میگوید: «پژوهش به روشن شدن رفتار ماده هستهای در شرایط بسیار شدید کمک میکند، مانند آنچه بلافاصله پس از بینگبنگ وجود داشت. با دقیقتر کردن مدلهای برخورد، میتوانیم ویژگیهای QGP را بهتر اندازهگیری کنیم.»
اهمیت این بهبودها در آن است که نظریه و آزمایش را به هم نزدیکتر میکند. اندازهگیریها در آزمایشگاه ملی بروکهیون (Brookhaven National Laboratory) در ایالات متحده و سازمان اروپایی پژوهشهای هستهای (CERN) در سوئیس اکنون با شبیهسازیها تطابق بیشتری دارند.
منتوساری توضیح میدهد: «با پیوند دادن نتایج تجربی با پیشرفتهای نظری، این مطالعه راه را برای استخراج دقیقتر ویژگیهای پلاسما کوارک گلوئون باز میکند و درک ما از ماده در شرایط شدید را بهبود میبخشد. همچنین مشتاقانه منتظر برخورددهنده الکترونیون جدید هستیم که در سال ۲۰۳۰ (۱۴۰۹–۱۴۱۹) در بروکهیون آغاز به کار خواهد کرد و اندازهگیریهای مکملی ارائه خواهد داد.»
این ترکیب داده و نظریه، مرزهای علمی را به جلو میبرد. هر اصلاحی، پژوهشگران را به نقشهبرداری از یکی از گریزانترین حالتهای ماده نزدیکتر میکند.
همکاری، محرک پیشرفت علمی
دانشگاه یووسکوله در قلب این تلاشهای جهانی قرار دارد. مرکز تعالی در ماده کوارک این دانشگاه، که توسط شورای پژوهش فنلاند تأمین مالی شده، بر رمزگشایی تعامل قوی تمرکز دارد. نیرویی که کوارکها و گلوئونها را درون پروتونها و نوترونها به هم پیوند میدهد.
منتوساری میگوید: «همکاری بینالمللی در پژوهش بهویژه هنگام ترکیب دانش تجربی و نظری بسیار حیاتی است. آزمایشها روزبهروز شکل پیچیدهتری به خود میگیرند و به همین دلیل اکنون بیش از هر زمان دیگری مهم است که همه طرفها بدانند چه چیزی اندازهگیری شده و پدیدهها چگونه بهصورت نظری مدلسازی میشوند.»
منتو در پایان صحبتهایش گفت: «این همچنین انگیزه اصلی پشت مرکز تعالی ماست: این مرکز نظریهپردازان و آزمایشگرانی را که اندازهگیری انجام میدهند گرد هم میآورد. این درک مشترک، کلید پیشرفت در این حوزه است.»
