Kopenhagen Universitetinin tədqiqatçıları, Böyük Partlayışdan qısa müddət sonra Kainatı doldurduğuna inanılan maddənin ilkin vəziyyətini, alimlərin bir vaxtlar mümkün hesab etdiyindən daha kiçik atom nüvələri arasındakı toqquşmalardan istifadə edərək yenidən yaratdılar. Erkən Kainatın bu mikroskopik versiyaları tədqiqatçılara həm kosmik tarixin ilk anlarını, həm də nüvə fizikasının ən dərin suallarını anlamağa kömək edə bilər.

Ulduzlar, planetlər, atomlar və digər tanış maddə formaları mövcud olmazdan əvvəl Kainat necə idi?

İsveçrədəki CERN-də fiziklər Kainatın yaranmasından qısa müddət sonra mövcud olan bəzi ekstremal şərtləri təkrarlayaraq bu suala cavab verməyə çalışırlar. Beynəlxalq ALICE əməkdaşlığı çərçivəsində alimlərlə işləyən Nils Bor İnstitutunun tədqiqatçıları artıq bu məqsədə doğru mühüm bir addım atıblar.

Kainatın İlkin Maddəsinin Yenidən Yaradılması

CERN-də atom nüvələri demək olar ki, işıq sürətinə qədər sürətləndirilə və bir-birinə parçalana bilər. Bu toqquşmalar kvark-qlüon plazmasının kiçik damcılarını yarada bilər. Bu, maddənin fövqəladə halının Kainatı saniyənin ilk milyonda birində doldurduğuna inanılır.

Alimlər uzun müddətdir ki, bu plazmanın istehsalının qurğuşun kimi çox ağır nüvələr arasında toqquşma tələb etdiyini düşünürdülər. Yeni təcrübələr göstərir ki, daha kiçik nüvələr də ilkin materialı yarada bilər. Tədqiqatçılar onu oksigen-16 və neon-20 nüvələri ilə toqquşaraq uğurla yaratdılar.

“Biz atom nüvələrinin nə qədər kiçik ola biləcəyi sərhədlərini aşdıq və eyni zamanda bu ilkin maddəni – Kiçik Böyük Partlayış adlandıra biləcəyiniz şeyi yenidən yaratdıq. Artıq maddənin bu ekstremal vəziyyətə keçməsi üçün tələb olunan fundamental şərtlər haqqında daha çox məlumat əldə etdik”, – deyə təcrübəyə rəhbərlik edən və bu yaxınlara qədər Kopenhagen Universitetinin Nils Bor İnstitutunda çalışan dosent Yu Çjou bildirib.

O əlavə edir:

“Ümid edirəm ki, bu, plazmanın Kainatın ilk anlarında necə davrandığını və sonradan ətrafımızdakı hər şeyin əmələ gəldiyi maddə formalarına necə çevrildiyini daha yaxşı başa düşməyimizə kömək edəcək.”

Beynəlxalq ALICE təcrübəsinin bir hissəsi olaraq hazırlanan tədqiqat nəticələri nüfuzlu Physical Review Letters jurnalında dərc edilib .

Boulinq Sancağı İmzası ilə Kiçik Böyük Partlayış

Atom nüvələri böyük sürətlə toqquşduqda, onların tərkib hissələri olduqca kiçik bir kvark-qlüon plazma damcısına çevrilə bilər. Damcı genişlənib digər hissəciklərə çevrilməzdən əvvəl yalnız bir saniyənin kiçik bir hissəsi üçün yaşayır.

Alimlər plazmanın özünü birbaşa müşahidə edə bilmirlər. Bunun əvəzinə, onlar dərhal sonra ortaya çıxan hissəcikləri ölçür və bu hissəciklərin necə hərəkət etdiyini öyrənirlər.

Yeni nəticələr göstərir ki, bu hərəkət nümunələri toqquşan nüvələrin orijinal forması haqqında məlumatları qoruyur. İki oksigen nüvəsi arasındakı toqquşma nisbətən yuvarlaq bir nümunə yaradır, neonla əlaqəli toqquşmalar isə fərqli bir boulinq sancağı formalı nümunə yaradır.

“İlkin maddədən gələn hissəciklər birbaşa atom nüvəsinin həndəsi formasından asılıdır. Bir-birinə vurduğumuz iki nüvə sferikdirsə, bir naxış alırıq. Əgər onlar boulinq sancağı formasındadırsa, başqa bir naxış alırıq. Toqquşmadan sonra hissəciklərin necə hərəkət etdiyini öyrənməklə, fiziklər üçün əldə edilməsi çətin olan atom nüvələri haqqında məlumat əldə edə bilərik”, – tədqiqatın həmmüəllifi, Nils Bor İnstitutundan doktorantura tədqiqatçısı Emil Qorm Dalbek Nilsen izah edir.

O, ətraflı şəkildə izah edir:

“Bu, bir az obyektə işıq salıb onun kölgəsini görməyə bənzəyir. Obyekti birbaşa görə bilməzsiniz, amma onun kölgəsi onun formasını göstərir. Eyni şəkildə, hissəciklərin hərəkəti toqquşmanın əvvəlində mövcud olan atom nüvələrinin həndəsi formasını göstərir.”

Nüvə Quruluşunu Araşdırmaq üçün Həddindən Artıq Toqquşmalardan İstifadə

Fiziklər 70 ildən çoxdur ki, atom nüvələrinin formalarını və daxili strukturlarını anlamağa çalışırlar. Bu sualın xüsusilə Nils Bor İnstitutu ilə dərin əlaqələri var. Aage Bor 1975-ci ildə atom nüvəsinin quruluşu üzərindəki işlərinə görə Fizika üzrə Nobel mükafatı almışdır.

Nüvənin forması həndəsədən daha çox şey üçün vacibdir. O, proton və neytronların necə düzüldüyünü əks etdirir və alimlərin hələ də tam başa düşməyə çalışdıqları təbiətin dörd fundamental qüvvəsindən biri olan güclü qüvvə haqqında dəyərli məlumat verə bilər.

Ənənəvi olaraq, fiziklər atom nüvələrinin necə fırlandığını və titrədiyini ölçmək də daxil olmaqla, nisbətən aşağı enerjili təcrübələrdən istifadə edərək nüvə quruluşunu araşdırıblar.

Yeni yanaşma bu strategiyanı dəyişdirir. Tədqiqatçılar nüvələri yumşaq bir şəkildə araşdırmaq əvəzinə, onları mövcud olan ən yüksək enerjilərlə toqquşdurur və geridə qalan naxışlardan formalarını bərpa edirlər.

“Nüvə quruluşunun dəqiq başa düşülməsi bizə güclü qüvvəni anlamağa kömək edir. Lakin nüvələri aşağı enerjilərdə diqqətlə araşdırmaq əvəzinə, onları yarada biləcəyimiz ən yüksək enerjilərdə bir-birinə parçalayırıq və indi onların formasını geridə qoyduqları izdən oxuya bilirik”, – deyə Yu Çjou bildirir.

Tədqiqatçılar bu texnikanın paradiqma dəyişikliyini təmsil etmək potensialına malik olduğunu söyləyirlər. Əgər daha da inkişaf etdirilə bilsə, alimlərə daxili strukturları hələ də zəif başa düşülən atom nüvələrini araşdırmaq üçün yeni bir yol təqdim edə bilər.

Kiçik Böyük Partlayış Nə Qədər Kiçik Olur?

Alimlər hələ də kvark-qlüon plazması istehsal edərkən toqquşma sisteminin nə qədər kiçik ola biləcəyini dəqiq bilmirlər. Bu sərhədi müəyyən etmək növbəti əsas məqsədlərdən biridir.

Buna görə də komanda helium-4 də daxil olmaqla daha yüngül atom nüvələrindən istifadə edərək əlavə təcrübələr aparmağı planlaşdırır.

“Maraqlı olan odur ki, eyni təcrübədən həm atom nüvələrinin quruluşunu öyrənmək, həm də Kainatın yaranması zamanı baş verənləri daha yaxşı başa düşmək üçün istifadə edə bilərik. Bu iki şey əvvəlcə düşünə biləcəyindən daha sıx bağlıdır”, – deyə Yu Çjou yekunlaşdırır.

Kvark-Qluon Plazması nədir?

Kvark-qlüon plazması, Böyük Partlayışdan sonrakı saniyənin ilk milyonda biri qədərində mövcud olan son dərəcə isti və sıx bir maddə halıdır. Həmin dövrdə temperatur o qədər həddindən artıq idi ki, proton və neytronlar hələ əmələ gəlməmişdi. Bunun əvəzinə, onları təşkil edən hissəciklər – kvarklar və qlüonlar – bir növ isti “şorba” şəklində sərbəst hərəkət edirdilər.

Kainat genişləndikcə onun temperaturu aşağı düşdü. Kvarklar və qlüonlar nəticədə bir-birinə bağlanaraq, digər şeylər arasında proton və neytronlar əmələ gətirdilər. Bu hissəciklər sonradan atom nüvələrinin və nəticədə ulduzlarda, planetlərdə və özümüzdə olan adi maddənin tərkib hissələrinə çevrildi.