Jennifer Chu, Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kvark kvark-qlüon plazmasında hərəkət edərək plazmada oyanış yaradır. Yen-Jie Lee deyir ki, “Kvarkın oyanışlarının necə irəli-geri sıçradığını öyrənmək bizə kvark-qlüon plazmasının xüsusiyyətləri haqqında yeni məlumatlar verəcək”. Müəllif: Jose-Luis Olivares, MIT

İlk anlarında körpə kainat trilyon dərəcə isti kvark və qlüonlardan ibarət idi. Bu elementar hissəciklər işıq sürəti ilə fırlanaraq saniyənin yalnız bir neçə milyonda biri qədər davam edən “kvark-qlüon plazması” yaratdı. Daha sonra ilkin maye tez soyudu və onun fərdi kvarkları və qlüonları birləşərək bu gün mövcud olan protonları, neytronları və digər fundamental hissəcikləri əmələ gətirdi.

İsveçrədəki CERN-in Böyük Hadron Toqquşdurucusundakı fiziklər kainatın başlanğıc tərkib hissələrini daha yaxşı anlamaq üçün kvark-qlüon plazmasını (QGP) yenidən yaradırlar. Ağır ionları işıq sürətinə yaxın sürətlə birləşdirərək, elm adamları erkən kainatın ilk mikrosaniyələrində mövcud olan eyni materialı yaratmaq və öyrənmək üçün kvarkları və qlüonları qısa müddətə yerindən çıxara bilərlər.

İndi isə, MIT fiziklərinin rəhbərlik etdiyi CERN-dəki bir qrup, kvarkların plazmada sürətlə hərəkət edərkən dalğalanmalar yaratdığını göstərən açıq əlamətlər müşahidə edib. Bu, suyun içində dalğalanma izləri ilə hərəkət edən ördək kimidir. Bu tapıntılar, kvark-qlüon plazmasının sürətlənən hissəciklərə tək bir maye kimi reaksiya verdiyini, fərdi hissəciklər kimi təsadüfi səpələnmək əvəzinə, sıçradığını və reaksiya verdiyini göstərən ilk birbaşa sübutdur.

MIT-in fizika professoru Yen-Jie Lee deyir: “Plazmanın kvarka reaksiya verib-verməməsi ilə bağlı bizim sahədə uzun bir müzakirə olub. İndi görürük ki, plazma inanılmaz dərəcədə sıxdır, kvarkı yavaşlada bilir və maye kimi sıçrayışlar və burulğanlar yaradır. Beləliklə, kvark-qlüon plazması həqiqətən də ilkin bir şorbadır.”

Kvarkın oyanma təsirlərini görmək üçün Li və həmkarları tədqiqatda bildirdikləri yeni bir texnika hazırladılar. Onlar bu yanaşmanı digər kvark oyanmalarını sıfırlamaq üçün daha çox hissəcik toqquşması məlumatlarına tətbiq etməyi planlaşdırırlar.

Bu oyanışların ölçüsünü, sürətini və miqyasını, eləcə də onların azalıb-solması üçün nə qədər vaxt lazım olduğunu ölçmək, alimlərə plazmanın özünün xüsusiyyətləri və kvark-qlüon plazmasının kainatın ilk mikrosaniyələrindəki davranışları haqqında bir fikir verə bilər.

“Kvarkın necə oyandığını və geri-geri sıçradığını öyrənmək bizə kvark-qlüon plazmasının xüsusiyyətləri haqqında yeni məlumatlar verəcək”, – deyə Li bildirir. “Bu təcrübə ilə biz bu ilkin kvark şorbasının anlıq görüntüsünü çəkirik.”

Tədqiqatın həmmüəllifləri CMS Əməkdaşlığının üzvləridir — CERN-in Böyük Hadron Kollayderindəki ümumi təyinatlı hissəcik detektorlarından biri olan Kompakt Muon Solenoid (CMS) təcrübəsindən məlumatları əldə etmək və təhlil etmək üçün birlikdə çalışan dünyanın hər yerindən hissəcik fizikləri komandası. CMS təcrübəsi bu tədqiqat üçün kvark oyanış effektlərinin əlamətlərini aşkar etmək üçün istifadə edilmişdir.

Açıq girişli tədqiqat Physics Letters B jurnalında dərc olunub .

Kvark kölgələri

Kvark-qlüon plazması kainatda indiyə qədər mövcud olan ilk mayedir. Alimlərin hesablamalarına görə, QGP-nin qısa mövcudluğu dövründə temperaturu təxminən bir neçə trilyon dərəcə Selsi olub. Bu qaynayan güveçin də demək olar ki, “mükəmməl” maye olduğu düşünülür , yəni plazmadakı fərdi kvarklar və qlüonlar hamar, sürtünmədən ibarət maye kimi bir-birinə axırdı.

QGP-nin bu mənzərəsi bir çox müstəqil təcrübələrə və nəzəri modellərə əsaslanır. MIT-də William AM Burden Fizika Professoru Krişna Rajagopal və onun əməkdaşları tərəfindən əldə edilən belə modellərdən biri, kvark-gluon plazmasının onun içindən keçən istənilən hissəciklərə maye kimi reaksiya verəcəyini proqnozlaşdırır.

Onun hibrid model kimi tanınan nəzəriyyəsi, kvarkların axınının QGP-dən keçərkən arxasında bir oyanış yaratmalı olduğunu və plazmanın cavab olaraq dalğalanmasına və sıçramasına səbəb olduğunu irəli sürür.

Fiziklər Böyük Hadron Kollayderində və digər yüksək enerjili hissəcik sürətləndiricilərində aparılan təcrübələrdə bu cür oyanma effektlərini axtarıblar. Bu təcrübələr qurğuşun kimi ağır ionları işıq sürətinə yaxınlaşdıraraq, toqquşaraq adətən saniyənin kvadrilyonda birindən az davam edən qısa ömürlü ilkin şorba damlası əmələ gətirə bilər. Alimlər QGP-nin xüsusiyyətlərini müəyyən etməyə çalışmaq üçün əslində anın anlıq görüntüsünü çəkirlər.

Kvark oyanışlarını müəyyən etmək üçün fiziklər kvark cütləri və “antikarklar” axtarıblar – kvark həmkarları ilə eyni olan hissəciklər, lakin müəyyən xüsusiyyətlərin böyüklüyü bərabər, lakin işarəsi əksdir. Məsələn, kvark plazmada sürətlə hərəkət edərkən, çox güman ki, eyni sürətlə, lakin əks istiqamətdə hərəkət edən bir antikark var.

Bu səbəbdən, fiziklər ağır ion toqquşmalarında əmələ gələn QGP-də kvark/antikvark cütlərini axtarmışlar və hissəciklərin plazma vasitəsilə eyni, aşkar edilə bilən oyanışlar yarada biləcəyini fərz etmişlər.

“İki kvark istehsal edildikdə, problem ondadır ki, iki kvark əks istiqamətlərə hərəkət etdikdə, bir kvark ikinci kvarkın izini kölgədə qoyur”, – deyə Li bildirir.

O və həmkarları başa düşdülər ki, əgər ikinci kvarkın təsirlərini gizlətməsəydi, birinci kvarkın izini axtarmaq daha asan olardı.

“QGP-dəki tək bir kvarkın təsirini fərqli bir cüt hissəcik vasitəsilə görməyə imkan verən yeni bir texnika kəşf etdik”, – deyə Li bildirir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və gündəlik və ya həftəlik olaraq vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında yeniliklər əldə edin .

Oyanış etiketi

Qurğuşun ionlarının toqquşmasından sonra kvark və antikvark cütlərini axtarmaq əvəzinə, Linin komandası plazmada yalnız bir kvarkın, əsasən “Z bozonu” ilə ard-arda hərəkət etdiyi hadisələri axtardı.

AZ bozonu ətraf mühitə demək olar ki, heç bir təsiri olmayan neytral, elektrik cəhətdən zəif elementar hissəcikdir. Lakin, onlar çox spesifik enerjidə mövcud olduqları üçün Z bozonlarını aşkar etmək nisbətən asandır.

Li izah edir ki, “Bu kvark-qlüon plazma şorbasında çoxsaylı kvarklar və qlüonlar bir-birinin yanından keçərək toqquşurlar. Bəzən şanslı olduğumuz zaman bu toqquşmalardan biri yüksək impulslu Z bozon və kvark yaradır.”

Belə bir toqquşmada iki hissəcik bir-birinə dəyib tam əks istiqamətlərdə uçmalı idi. Kvark iz buraxa bilsə də, Z-bozon ətrafdakı plazmaya heç bir təsir göstərməməlidir. İlkin şorba damlasında müşahidə edilən dalğalanmalar tamamilə tək bir kvarkın onun içindən keçməsi nəticəsində yaranardı.

Vanderbilt Universitetindəki professor Yi Çenin qrupu ilə əməkdaşlıq edən komanda, tək kvarkların oyanma təsirlərini tapmaq və izləmək üçün Z bozonlarından “etiket” kimi istifadə edə biləcəklərini əsaslandırdı.

Yeni tədqiqatları üçün tədqiqatçılar Böyük Hadron Kollayderinin ağır ion toqquşması təcrübələrindən əldə edilən məlumatları araşdırdılar. 13 milyard toqquşmadan onlar Z bozonunu yaradan təxminən 2000 hadisəni müəyyən etdilər. Bu hadisələrin hər biri üçün onlar qısa ömürlü kvark-qlüon plazması boyunca enerjiləri xəritələşdirdilər və ardıcıl olaraq Z bozonlarının əks istiqamətində mayeyə bənzər sıçramalar nümunəsini – oyanış effektini – müşahidə etdilər ki, bu da komandanın birbaşa plazmada tək kvarkların zumlama effekti ilə əlaqələndirə biləcəyi bir şeydir.

Bundan əlavə, fiziklər məlumatlarda müşahidə etdikləri oyanma effektlərinin Rajagopalın hibrid modelinin proqnozları ilə uyğun olduğunu aşkar etdilər. Başqa sözlə, kvark-qlüon plazması, hissəciklər sürətlə keçdikdə, əslində maye kimi axır və dalğalanır.

Yeni tədqiqatla birbaşa əlaqəsi olmayan Rajagopal deyir: “Bu, bir çoxumuzun uzun illərdir mövcud olduğunu iddia etdiyi və bir çox təcrübələrin axtardığı bir şeydir”.

İspaniyadakı Oviedo Universitetinin fizika professoru və hazırkı tədqiqatda iştirak etməyən Rajagopalın əməkdaşı Daniel Pablos deyir: “Yen-Jie və CMS-in gördüyü iş, onlara və bizə bu fundamental fenomen üçün ilk təmiz, aydın və birmənalı dəlil gətirən bir ölçmə hazırlamaq və həyata keçirməkdir”.

Li əlavə edir ki, “kvarkın səyahət edərkən həqiqətən də daha çox plazma sürüklədiyinə dair ilk birbaşa dəlillər əldə etdik. Bu, bizə bu ekzotik mayenin xüsusiyyətlərini və davranışını misli görünməmiş dərəcədə ətraflı öyrənməyə imkan verəcək.”

Nəşr detalları

Cms Əməkdaşlığı, Ağır ion toqquşmalarında Z bozonlarının adronlarla korrelyasiyasından istifadə edərək sərt zondlara mühitin reaksiyasının sübutu, Physics Letters B (2025). DOI: 10.1016/j.physletb.2025.140120

Jurnal məlumatları: Fizika B məktubları 

Əsas anlayışlar

Relyativistik ağır ion toqquşmalarıHadronlarKvarklarXüsusi plazma növləri

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir