اكتشف باحثون في مصادم الهادرونات الكبير التابع لمنظمة سيرن في سويسرا مؤخرًا جسيمًا نادرًا متلاشيًا يعتقدون أنه كان موجودًا في بداية الكون. الجسيم – الذي يسمى حاليًا جسيم X ، لأنه لا أحد يعرف بالضبط ما هو – تم إنتاجه عن طريق اصطدام بلايين من الأيونات الثقيلة داخل معجل الجسيمات الشهير.
قام الفريق مع CMS Collaboration ، الذي يجمع البيانات من ملف Muon Solenoid المضغوط الخاص بـ LHC ، بتحطيم ذرات الرصاص الثقيلة معًا في درجات حرارة تبلغ حوالي 5.5 تريليون درجة مئوية (9.9 تريليون درجة فهرنهايت). نتائج الفريق نشرت في رسائل المراجعة المادية.
يفترض الفيزيائيون أنه في اللحظات الأولى للكون بعد الانفجار العظيم ، كانت المادة عبارة عن بلازما مكونة من كواركات دون ذرية وغلوونات محشورة معًا في حساء شديد الحرارة. (فقط عندما تبرد البلازما عدة ميكروثانية بعد الانفجار العظيم ، تشكلت البروتونات والنيوترونات المألوفة ، مما مهد الطريق لأشكال أكثر ضخامة من المادة.) ولكن قبل أن تبرد المادة ، تصادم بعض هذه الكواركات والغلونات ، وتشكلت المزيد من الجسيمات الغامضة ، والتي يسميها الفيزيائيون جسيمات X.
جسيمات X نادرة اليوم لأن الكون لم يعد كثيفًا جدًا ولا ساخنًا جدًا ، ولكن مثل كريشنا راجاجوبال ، عالم فيزياء الجسيمات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا غير المنتسب إلى البحث الأخير ، قال في عام 2010: “إذا كنت مهتمًا بخصائص الكون البالغ عمره ميكروثانية ، فإن أفضل طريقة لدراسته ليست ببناء تلسكوب ، بل ببناء معجل.”
كان الفريق قادرًا على تحديد 100 جسيم X من كتلة معينة ، تسمى X (3872) ، والتي بقيت على قيد الحياة لحوالي واحد من ست مليون من الثانية قبل أن تتحلل. تم العثور على X (3872) لأول مرة في 2003 بواسطة تعاون حسناء عن طريق البحث عن النتوءات ، وهو عندما يحدد الباحثون كمية غير متوقعة من الكتلة أو الطاقة في نظامهم.
Save $43
Google Nest Wi-Fi Mesh Routers (2-Pack)
These l’il guys will fix your internet
Designed to work in concert to bring you a seamless network experience across your whole home, up to 4,400 square feet.
Buy for $256 at Amazon
“The X(3872) is a strange animal,” said Patrick Koppenburg, physicist at the Dutch National Institute for Subatomic Physics and a member of the LHCb team at CERN, in an email to Gizmodo. “I was at Belle when it was discovered, and I remember that we stared at the little bump without understanding what was going on.”
Advertisement
Last year, Koppenberg’s team at LHCb discovered a new species of tetraquark. Like X(3872), that tetraquark had a fleeting lifespan—probably just over one-quintillionth of a second. Though other exotic particles turn up and vanish at the LHC, X(3872) is the first X particle detected in the quark-gluon plasma generated there.
The team behind the new study was able to mimic the conditions of the early universe by accelerating 13 billion ions. When the particles collided, they produced thousands of short-lived charged particles. Yen-Jie Lee, a physicist at MIT and a co-author of the new research, told Gizmodo that it’s possible other X particles may be in the recent data, but the researchers didn’t have a good way of picking them out from the background noise.
Advertisement
“The first heavy-ion in ‘Run 3’ is starting at the end of this year, and we hope to accumulate more data with the lead-lead collision runs in Run 3 and Run 4,” Lee wrote in an email. “With a much larger dataset, we will be able to pin down the size of enhancement of X production in the quark soup and gain more insights about its internal structure.”
The identity of X(3872) is still uncertain. The team thinks that the particle could be a type of loosely bound mesonic molecule (two subatomic particles called mesons bound via the strong force) or a tetraquark, a type of hadron composed of four quarks glommed together. “So far, the mesonic molecules are not yet definitively observed, and X(3872) is a good candidate,” said Jing Wang, a physicist at MIT who led the analysis of the new data, in an email to Gizmodo. “If X(3872) turns out to be a mesonic molecule, we show that in the early universe, there must be different kinds of mesonic molecules in addition to the ordinary hadrons.”
Advertisement
“The more I look at the data, the more I am convinced that the X is a superposition of a molecule and a charmonium state,” Koppenberg said. Describing the idea of superposition further, he noted: “Our brain fails to represent these things. … There’s no such thing as one or the other in quantum mechanics. If you cannot tell two things apart, then the truth must be both simultaneously.”
Perhaps the upcoming runs of the LHC will finally resolve the identity of X(3872). Of course, then it would have an actual name, and won’t be considered an X particle anymore.
Advertisement
المزيد: اكتشف علماء الفيزياء في CERN مجموعة من الجسيمات الغريبة الجديدة
