خب بچه‌ها، بیاید امروز با هم یه سفر جذاب بزنیم به دنیای فیزیک هسته‌ای! ماجرا از این قراره که تیمی از فیزیک‌دان‌ها (تو یه پروژه به اسم STAR Collaboration، یعنی گروهی که یه عالمه دانشمند باهم کاری می‌کنن) یه نشونه خیلی مهم پیدا کردن که مدت‌ها دنبالش بودن: نقطه بحرانی تو هسته اتم!
حالا نقطه بحرانی چیه؟ بذارید براتون با یه مثال ساده توضیح بدم. فازبندی ماده مثل آبه: آب می‌تونه یخ بزنه، مایع باشه یا بخار شه. اگر دما و فشار رو تغییر بدی، این تغییر حالت‌ها رو می‌بینی. اتم و ذرات داخلش هم یه جورایی اینجوری‌ان، فقط خیلی پیچیده‌تر. تو فیزیک هسته‌ای، نقطه بحرانی همون جاییه که شکل تغییر فاز ذرات بنیادی مثل کوارک‌ها و گلوئون‌ها (این دوتا همون آجرهای سازنده پروتون و نوترون هستن) خاص میشه، یعنی از یه فاز به فازی دیگه میرن و مرز این دوتا جای خیلی مهمیه.
فیزیک‌دان‌ها دارن با استفاده از شتاب‌دهنده RHIC (یه دستگاه فوق‌العاده بزرگ که اتم‌ها رو با سرعت خیلی بالا به هم می‌کوبه)، اتم‌های طلا رو باهم برخورد میدن و انرژی‌های مختلف رو امتحان می‌کنن. تو این برخوردها، پروتون و نوترون‌ها ذوب میشن و تبدیل میشن به یه چیزی به اسم پلاسما کوارک-گلوئون. این پلاسما همونیه که فکر می‌کنن تو روزهای اول شکل‌گیری جهان ما همه‌جا پرش بوده!
هدف اصلی این بوده که روی نقشه فاز هسته‌ای دنبال همون نقطه بحرانی بگردن. اگه پیداش کنن، یه جورایی سرنخ اساسی برای فهمیدن رفتار ماده تو شرایط خیلی عجیب پیدا می‌کنیم؛ مثلاً توی لحظات اول پیدایش دنیا یا هسته ستاره‌های نوترونی (همون ستاره‌های خیلی چگال و مرموز).
اما چطوری دنبال این نقطه می‌گردن؟ دانشمندها اومدن به تغییرات تعداد پروتون‌هایی که موقع این برخوردها تولید میشه نگاه کردن. این تغییرات تو آمارشون یه چیزهایی شبیه تلاطم (یا به قول فیزیک‌دان‌ها توربولانس، یعنی وقتی هواپیما تکون می‌خورده!) به‌وجود میارن که می‌تونه نشونه مرزهای تغییر فاز باشه.
ولی چون این تغییرها خیلی ملایم و ریزن، دانشمندها به جای آمار معمولی، سراغ روش‌های آماری پیشرفته‌تر (بهشون می‌گن آمار مرتبه بالا) رفتن که بتونن شکل دقیق‌تر این توزیع پروتون‌ها رو دربیارن.
تو این ماجرا یه کمیت خیلی مهم هست به اسم کورتیسیس (Kurtosis)، که اگر خیلی بخوام ساده بگم یعنی چقدر دم و شیب توزیع داده‌ها عجیب یا غریبه. پیش‌بینی دانشمندها (طبق نظریه استفانوف، یه فیزیک‌دان این حوزه) اینه که این عدد باید یه جایی به شدت بیفته پایین، بعدش شدید صعود کنه و دوباره برگرده. یه جورایی مثل اینه که هواپیما تو یه نقطه خاص ناگهان وارد منطقه تلاطم شه.
نتایج جدید تیم STAR نشون داد که دقیقاً همچین افتی حدود ۲۰ میلیارد الکترون‌ولت اتفاق میفته. وقتی انرژی رو کمتر کردن، کورتیسیس دوباره بالا رفت و تو محدوده ۷.۷ GeV (یعنی گیگا الکترون‌ولت، یه واحد سنجش انرژی) تثبیت شد. این یعنی یه نشونه قوی از همون نقطه بحرانی!
یه نکته دیگه اینه که زیر ۷.۷ GeV، داده‌های قبلی تو انرژی ۳ GeV چیز قطعی‌ای نشون ندادن و هنوز یه «گپ» آماری بین این دوتا هست. دانشمندها دارن داده‌های بیشتری جمع می‌کنن تا این فاصله رو هم پر کنن.
اهمیت کار اینه که بیش از ۱۵ ساله فیزیک‌دان‌ها دارن نقشه فاز هسته‌ای رو می‌کشن و با کلی دستگاه پیشرفته و حجم عظیم کامپیوتر و دیتاسنتر (اونایی که سرورهاشون تو آزمایشگاه بروک هاون و برگلی هستن) کار می‌کنن.
حالا نتیجه چیه؟ فعلاً نصف نشونه‌ای که پیش‌بینی می‌شده دیده شده اما نیمه دیگه‌ش هنوز قطعی نیست، ولی همین علامت هم خیلی هیجان‌انگیزه. خلاصه، هنوز یه کم بیشتر باید روی داده‌ها کار کنن تا بفهمن خود نقطه بحرانی چطور این علامت‌ها رو ایجاد می‌کنه.
این تحقیق جذاب تو مجله علمی Physical Review Letters هم چاپ شده، که نشون میده چقدر کشفش مهمه و ارزشمند.
در آخر، این داستان برامون یه نمونه باحاله که علم چطور مرزهای ناشناخته رو کشف می‌کنه و ما هم کم‌کم داریم حرفای اسرارآمیز دل اتم‌ها رو می‌شنویم!
منبع: +
