یه خبر جالب از دنیای فیزیک دارم براتون! یه دستگاه جدید به اسم sPHENIX که تو آزمایشگاه Brookhaven در آمریکا نصب شده، اولین تست مهمشو موفقیت‌آمیز پشت سر گذاشته و حالا می‌تونه به دانشمندا کمک کنه تا یکی از رمزآلودترین حالت‌های ماده رو بررسی کنن که بعد از انفجار بزرگ (Big Bang) وجود داشته!
خب، حالا اصلاً sPHENIX چیه؟ این دستگاه یه آشکارساز ذره‌ایه (Particle Detector یعنی ماشینی که می‌تونه ذرات ریزتر از اتم رو شناسایی و ردگیری کنه) و تو ساختمون بزرگی به اسم RHIC کار می‌کنه. RHIC هم یه شتاب‌دهنده‌ی ذرات قدرتمنده که می‌تونه یون‌های طلا (یعنی هسته‌های اتم طلا) رو با سرعت نزدیک به نور به هم بکوبونه و کلی انرژی آزاد کنه.
هدف اصلی این آزمایش‌ها پیدا کردن اطلاعات در مورد «پلاسمای کوارک-گلوئون» هست. حالا این چی میشه؟ پلاسمای کوارک-گلوئون (Quark-Gluon Plasma یا QGP) یعنی همون سوپ عجیبی که کل جهان فقط چند میلیونیم از ثانیه بعد از بیگ بنگ توش بوده. تو این حالت، کوارک‌ها و گلوئون‌ها (که اجزای بسیار ریز پروتون و نوترون هستن و ساختار اصلی ماده رو تشکیل می‌دن) آزاد بودن و هنوز به پروتون و نوترون تبدیل نشده بودن. این حالت فقط در دمایی معادل چند تریلیون درجه و تو مدت فوق‌العاده کوتاهی وجود داشته!
نکته جالب اینه که، خود پلاسمای کوارک-گلوئون رو هیچ‌وقت مستقیم نمی‌بینن. انگار فقط خاکسترش باقی بمونه! دانشمندا با این دستگاه فانتزی sPHENIX میان و ذراتی که بعد از برخورد تولید می‌شن رو اندازه‌گیری می‌کنن و از روی اون، ویژگی‌های این پلاسمای اسرارآمیز رو حدس می‌زنن.
توی این آزمایش جدید، sPHENIX تعداد و انرژی ذراتی که از برخورد دوتا یون طلا باهم درست شده بودن رو اندازه گرفت. به این کار می‌گن “شمع استاندارد” (Standard Candle، یعنی یه مرجع برای مطمئن شدن از دقت دستگاه). دانشمندا فهمیدن که برخوردهای مستقیم یا همون head-on نسبت به برخوردهای کج یا سرسری حدود ۱۰ برابر ذره باردار و البته پرانرژی‌تر تولید می‌کنن. این یعنی دستگاه واقعاً داره درست کار می‌کنه!
اینو که دیدن، همه خوشحال شدن، چون مثل این می‌مونه که یه تلسکوپ نو فرستاده باشی فضا و اولین عکس واضحشو گرفته باشی. پروفسور گونتر رولند (Gunther Roland) و بقیه تیم MIT کلی ذوق کردن و گفتن با این پایه قوی، sPHENIX حالا می‌تونه کلی اطلاعات دقیق‌تر و با جزئیات‌تر از QGP جمع کنه.
در واقع sPHENIX نسخه پیشرفته یه آزمایش قدیمی‌تر به اسم PHENIX هست که حالا خیلی سریع‌تر و قوی‌تره. خود دستگاه حدود ۱۰۰۰ تن وزن داره و قدش به اندازه یه ساختمون دو طبقه است! تازه ابزارهای مختلفی مثل یک میکرو-ورتیس (Micro-Vertex Subdetector، یعنی یه دوربین فوق‌دقیق برای ردیابی محل تولد ذرات) روش گذاشتن که اونم تو MIT طراحی شده.
این آشکارساز عجیب و غریب مثل یه دوربین سه‌بعدی عمل می‌کنه و می‌تونه تا ۱۵ هزار تا برخورد در هر ثانیه رو ثبت و پیگیری کنه. با این سرعت، دانشمندها می‌تونن حتی فرایندهای خیلی نادر و عجیب رو (که شاید از هر میلیارد برخورد یکی اتفاق بیفته!) برای اولین بار بررسی کنن.
توی اواخر سال ۲۰۲۴، تیم تحقیق سه هفته داده جمع کردن تا عملکرد دستگاه رو بسنجن و فهمیدن که می‌تونه تعداد و انرژی ذرات رو به‌درستی ثبت کنه و تفاوت واکنش به برخوردهای مستقیم و غیرمستقیم رو هم خوب نشون می‌ده.
حالا sPHENIX وارد فاز اصلی آزمایش‌ها شده و دانشمندا حسابی هیجان‌زده‌ن! قراره با کوهی از اطلاعاتی که جمع می‌کنه، معماهایی مثل چگالی QGP، نحوه حرکت ذرات تو این ماده فوق فشرده و حتی میزان انرژی لازم برای به‌وجود آوردن ذرات مختلف رو کشف کنن.
این پروژه بزرگ توسط وزارت انرژی آمریکا و بنیاد ملی علم پشتیبانی میشه و نتایج اولین آزمایش‌ها هم تو یه ژورنال معتبر به اسم Journal of High Energy Physics منتشر شده.
خلاصه، تازه اول راهه و به قول یکی از پژوهشگرها، “تفریح sPHENIX الان شروع شده!” کی می‌دونه، شاید با یه کشف اساسی، کلی چیز راجع به ابتدایی‌ترین لحظات جهانمون بفهمیم!
منبع: +
