پايه هاي آزمايش زيباي پلاسماي گلئون-کوارک در ذرات بنيادي به زبان ساده
يک ميليونُم ثانيه پس از انفجار بزرگ، عالم يک پلاسماي بي‌نهايت چگال بود. آنقدر داغ که هسته‌ها و حتي ذرات هستهاي نمي‌توانستند وجود خارجي داشته باشند. اين پلاسما، از کوارک‌ها، که تشکيل دهنده‌ي هسته‌ها و چند ذره ديگره هستند، و گلئون‌ها تشکيل شده است. گلئون‌ها ذرات بدون (تقريباً) جرمي هستند که نيروي بين کوارک‌ها را حمل مي‌کند. اين ذرات حامل را کوارک‌ها در اندرکنش‌هايشان رد و بدل مي‌کنند؛ يا به زبان فيزيک مدرن، نيروي قوي را بين کوارک‌ها منتقل مي‌کنند. چون کوارک‌ها هستند که پروتون‌ها و نوترون‌ها را مي‌سازند، گلئون‌ها بايد اين نيرو را طوري حفظ کنند که اين ذرات در کنار هم مقيد بمانند و هسته‌ها را تشکيل دهند.
پلاسما گاز يونيزه شده است. درست مثل شعله آبي گاز و يا رعد و برق. ولي برخلاف آن‌ها که از اسمشان هم پيداست بايد در دماهاي بالا باشند، گلئون-کوارک نياز به دماي خيلي بالا ندارد. غير از اين کوارک‌ها و گلئون‌ها در دماهاي پايين و چگالي‌هاي کم باهم اندرکنش دارند. آن‌ها هرچه قدر از هم فاصله بگيرند با قدرت بيشتري جذب هم مي‌شوند. به عبارتي نيروي بيشتري را تجربه مي‌کنند تا ذرات پايدار بمانند. به همين دليل است که کوارک آزاد وجود ندارد.
فيزيکدانان هستهاي و ذرات بنيادي آرزوي بوجود آوردن اين پلاسماي عجيب را در آزمايشگاه و به تجربه داشتند. چون مقدار عظيمي انرژي لازم است تا شرايط بوجود آوردن اين نوع پلاسما فراهم شود، آزمايشگاه بايد شتابدهنده‌ي ذراتي با پلاسماي خروجي حاصل از برخورد بين ذرات باشد باشد که از روبرو بهم برخورد مي‌کنند. در اين نوع برخوردها هدف ثابت کار نمي‌کند. در هر حالتي از هدف ثابت، انرژي لازم براي ايجاد شرايط پلاسمايي فراهم نمي‌شود.
مطابق بقاي انرژي، نياز به انري خيلي بيشتري است که تکانه-انرژي دو توده‌ي ذرات شتابدار و برخورد آن‌ها مي‌تواند شرايط لازم را توليد کند. حتي وقتي هسته‌هاي برخوردي داريم، باز هم انرژي لازم فراهم نخواهد شد چون بخش زيادي از انرژي صرف شکستن قدي هستهاي مي‌شود. هسته‌هاي سنگين اتمي براي چنين هدفي در برخورد با انرژي بالا انتخاب مي‌شوند. به هين دليل شما در عنوان پژوهش‌ها و يا نام برخورد دهنده‌ها هم نام برخوردهاي يون سنگين را مي‌بينيد. در حال حاضر تيمي در سرن (CERN)، با باريکه‌ها و هدف‌هاي ثابت متفاوت در حال پژوهش روي اين موضوع هستند. ولي نتايج آنطور که بايد نشد.
| ولي برخورد دهنده سنگين نسبيتي در بروکهاون توانست با برخورد دهنده ۲.۴ مايلي خود (محيط) طلاي کاملاً يونيزه در هر دو جهت شتاب داده و در ۶ منطقه از اين شتابدهنده به حرکت در آورد (شکل). |
 |
 |
نتايج اوليه RHIC نشان داد که برخورد هسته‌هاي طلابه صورت سربه سر، به دليل انرژي جنبشي آن‌ها، نوکلئون‌ها و شکل داغ پلاسماي کوارک و گلئون را درست خواهند کرد، که بايد انتظار داشت منبسط شده و سرد شود. |
پلاسماي داغ فقط ۲۳-۱۰ ثانيه دوام مي‌آورد، و فقط زماني که پلاسما به اندازه کافي سرد شد، کوارک‌ها و گلئون‌ها، فريز مي‌شوند. و اين يعني انتشار هزار ذره‌ي بنيادي (شکل) که نشاني از پلاسماي داغ و چگال دارد که انها را توليد کرده است. براي ببينيم چه مقدار کمي لازم داريم بد نيست بدانيد، اگر RHIC تا ۲۰ سال همچنان مشغول آزمايش باشد، حدود يک گرم طلا مصرف مي‌کند! ارزان است، نه؟ نظريه ريسمان در اين مورد پيش بينيهاي دقيقي دارد. منتهي مشکل آن ابعاد اضافي است که اينجا کاري با آن نداريم. ولي مسئله اينجاست که در واقع بجاي گاز پلاسمايي ماده‌اي با چسبندگي نزديک به صفر توليد مي‌شود که همان محيط ايجاد شده بعد از برخورد است.
در واقع ماده اي شبيه عسل توليد مي‌شود که قيد مولکولي ندارد، ولي ماده بصورتي شکل و فرم گرفته. اين نوع ماده‌ي جالب منبسط شده و تعداد بسيار زيادي ذره توليد مي‌کند که در شکل بالا شبيه سازي شده ان را مي‌بينيد. باريونها (ذرات سه کوارکي، مثل نوترون و پروتون) و مزون (دو کوارکي‌ها) بخشي از اين ذرات هستند. درباره اين نوع ذرات در چند زنگ تفريح توضيح داده بوديم.