فیزیکدانان برای اولین بار ذرات ایکس مرموز را در «سوپ اولیه» شناسایی کردند!!

یک ذره مرموز که تصور می‌شود مدت کوتاهی پس از انفجار بزرگ وجود داشته است، اکنون برای اولین بار در “سوپ اولیه” شناسایی شده است.

به طور خاص، در محیطی به نام پلاسمای کوارک-گلئون که در برخورد دهنده بزرگ هادرونی با برخورد یونهای سرب ایجاد می‌شود. در آنجا، در میان تریلیونها ذره تولید شده توسط این برخوردها، فیزیکدانان موفق شدند 100 قطعه از ذرات عجیب و غریب را شناسایی کنند که به نام ذرات ایکس شناخته می‌شوند.

ین-جی لی فیزیکدان از MIT و یکی از اعضای همکاری بین‌المللی CMS که مقر آن در CERN در سوئیس است، می‌گوید: این تازه شروع داستان است.

ما نشان داده‌ایم که می‌توانیم سیگنالی را پیدا کنیم. در چند سال آینده می‌خواهیم از پلاسمای کوارک گلوئون برای کاوش در ساختار داخلی ذره ایکس استفاده کنیم، که می‌تواند دیدگاه ما را در مورد نوع ماده‌ای تغییر دهد که جهان باید تولید کند.

تنها لحظاتی پس از بیگ بنگ، کیهان اولیه از همان موادی که امروز می بینیم ساخته نشده بود. در عوض، برای چند میلیونم ثانیه، با پلاسمای فوق گرم تا تریلیون‌ها درجه پر شد که از ذرات بنیادی به نام کوارک‌ها و گلوئون‌ها تشکیل شده بود. این پلاسمای کوارک گلوئون است.

در زمان کمتری که برای پلک زدن نیاز است، پلاسما خنک شد و ذرات به هم پیوستند تا پروتون‌ها و نوترون‌هایی را تشکیل دادند که امروزه ماده طبیعی از آن‌ها ساخته شده است. اما در آن انقباض بسیار کوتاه زمان، ذرات موجود در پلاسمای کوارک-گلوئون با هم برخورد کردند، به هم چسبیدند و دوباره در پیکربندی‌های مختلف از هم جدا شدند.

یکی از آن پیکربندی‌ها ذره‌ای اسرارآمیز است که ما حتی نمی‌دانیم چگونه با هم ترکیب شده است. این ذره ایکس است و به ندرت و به طور مختصر در برخورددهنده‌های ذرات دیده شده است – خیلی مختصر که قابل بررسی نیست.

با این حال، از نظر تئوری، ذرات ایکس می‌توانند در جرقه‌های بسیار کوچک پلاسمای کوارک-گلئون ظاهر شوند که فیزیکدانان چند سالی است در شتاب دهنده‌های ذرات ایجاد کرده‌اند و این ممکن است فرصت بهتری برای درک آنها فراهم کند.

در حین کار برخورددهنده بزرگ هادرونی در سال 2018، اتم‌های دارای بار مثبت سرب (یون‌های سرب) با سرعت‌های بالا به هم برخورد کردند. هر یک از این تقریباً 13 بیلیون برخورد بارانی از دهها هزار ذره را ایجاد کرد. این حجم عظیمی از داده‌ها است که می‌توان از طریق آن جستجو کرد.

لی می‌گوید: «از نظر تئوری، کوارک‌ها و گلوئون‌های زیادی در پلاسما وجود دارد که تولید ذرات ایکس باید افزایش یابد. اما مردم فکر می‌کردند که جستجو برای آنها بسیار دشوار است زیرا ذرات بسیار دیگری در این سوپ کوارک تولید می‌شود.

اگرچه ذرات ایکس بسیار کوتاه مدت هستند، اما زمانی که تجزیه می‌شوند، بارانی از ذرات با جرم کمتر تولید می‌کنند. برای ساده‌سازی فرآیند تحلیل داده‌ها، این تیم الگوریتمی را برای تشخیص الگوهای مشخصه تجزیه ذرات ایکس ایجاد کردند. سپس آنها داده‌های LHC 2018 را به نرم‌افزار خود وارد کردند.

این الگوریتم سیگنالی را در یک جرم خاص شناسایی کرد که نشان دهنده وجود حدود 100 ذره ایکس در داده‌ها بود. این یک شروع عالی است.

لی گفت: «تقریبا غیرقابل تصور است که بتوانیم این 100 ذره را از این مجموعه داده عظیم شناسایی کنیم.

در این مرحله، داده‌ها برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد ساختار ذره ایکس کافی نیست، اما این کشف می‌تواند ما را به هم نزدیک‌تر کند. اکنون که می‌دانیم چگونه امضای ذرات ایکس را پیدا کنیم، بررسی آن در مجموعه داده‌های آینده بسیار ساده‌تر خواهد بود. به نوبه خود، هرچه داده‌های بیشتری در دسترس داشته باشیم، درک آنها آسان‌تر خواهد بود.

پروتون‌ها و نوترون‌ها هر کدام از سه کوارک تشکیل شده‌اند. فیزیکدانان بر این باورند که ذرات ایکس ممکن است از چهار ذره ساخته شده باشند – یا یک ذره عجیب و غریب که به عنوان تترا کوارک شناخته می‌شود، یا یک نوع جدید از ذره‌ای که از دو مزون که هر کدام حاوی دو کوارک هستند، ساخته شده است. اگر اولی باشد، چون محکم‌تر است، آهسته‌تر از دومی نابود می‌شود.

لی می‌گوید: «در حال حاضر داده‌های ما با هر دو سازگار است، زیرا هنوز آمار کافی نداریم. در چند سال آینده، داده‌های بسیار بیشتری دریافت خواهیم کرد تا بتوانیم این دو سناریو را از هم جدا کنیم».

این امر دیدگاه ما را نسبت به انواع ذراتی گسترش می‌دهد که به وفور در کیهان اولیه تولید شده‌اند.»

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Physicists Detect Mysterious X Particles in ‘Primordial Soup’ For The First Time

MICHELLE STARR

24 JANUARY 2022

https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-mysterious-x-particles-have-been-detected-in-quark-gluon-plasma