جسيم غامض كان من الممكن أن يكون موجودًا لفترة وجيزة بعد الانفجار العظيم تم اكتشافه الآن لأول مرة في “الحساء البدائي”.
بتعبير أدق ، في وسط يسمى بلازما كوارك-غلوون ، تتولد في مصادم الهادرونات الكبير عن طريق اصطدام أيونات الرصاص. هناك ، وسط تريليونات الجسيمات الناتجة عن هذه الاصطدامات ، تمكن الفيزيائيون من فصل 100 من الجسيمات الغريبة المعروفة باسم جسيمات X.
“هذه مجرد بداية القصة” يقول الفيزيائي Yen-Jie Lee من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعضو في الدولية تعاون CMS يقع مقرها الرئيسي في CERN في سويسرا.
“لقد أظهرنا أنه يمكننا العثور على إشارة. في السنوات القليلة المقبلة ، نريد استخدام بلازما الكوارك-غلوون لفحص البنية الداخلية للجسيم X ، مما قد يغير نظرتنا لنوع المادة التي يجب أن ينتجها الكون. . “
بعد لحظات من الانفجار العظيم ، لم يتكون الكون الأول من نفس المادة التي نراها تطفو اليوم. بدلاً من ذلك ، ولعدة أجزاء من المليون من الثانية ، كانت مليئة ببلازما الدرجات من البلازما شديدة الحرارة ، المكونة من جسيمات أولية تسمى الكواركات والغلونات. إنها بلازما كوارك-غلوون.
في وقت أقل من الوقت الذي يستغرقه يومض ، تبرد البلازما وتجمع الجسيمات معًا لتشكيل البروتونات والنيوترونات التي تتكون منها المادة العادية اليوم. ولكن خلال هذه الفترة الزمنية القصيرة جدًا ، اصطدمت جسيمات بلازما الكوارك-غلوون ، وعلقت معًا ، وانفصلت مرة أخرى في تكوينات مختلفة.
أحد هذه التكوينات هو جسيم غامض لدرجة أننا لا نعرف حتى كيف يتم تجميعه. إنه الجسيم X ، ولم يُشاهد إلا نادرًا جدًا وبفترة وجيزة في مصادمات الجسيمات – لفترة وجيزة جدًا بحيث لا يمكن فحصها.
من الناحية النظرية ، يمكن أن تظهر جسيمات الأشعة السينية في ومضات صغيرة جدًا من بلازما الكوارك-غلوون التي ابتكرها الفيزيائيون في مسرعات الجسيمات خلال السنوات القليلة الماضية. وقد يوفر فرصة أفضل لفهمهم.
خلال 2018 تشغيل مصادم الهادرونات الكبير ، اصطدمت ذرات الرصاص موجبة الشحنة ببعضها البعض بسرعة عالية. نتج عن كل من هذه الاصطدامات البالغ عددها 13 مليار وابل من عشرات الآلاف من الجسيمات. هذه كمية هائلة من البيانات التي يجب التدقيق فيها.
“من الناحية النظرية ، هناك الكثير من الكواركات والغلونات في البلازما التي يجب تحسين إنتاج الجسيمات X” يقول لي. “لكن الناس اعتقدوا أنه سيكون من الصعب للغاية البحث عنها لأن هناك الكثير من الجسيمات الأخرى التي يتم إنتاجها في هذا الحساء من الكواركات.”
على الرغم من أن جسيمات X لها عمر قصير جدًا ، فإنها عندما تتحلل تنتج وابلًا من جزيئات الكتلة الأقل. لتبسيط عملية تحليل البيانات ، طور الفريق خوارزمية للتعرف على الأنماط المميزة لانحلال الجسيمات السينية ، ثم قاموا بتغذية بيانات 2018 LHC في برامجهم.
حددت الخوارزمية إشارة عند كتلة معينة تشير إلى وجود ما يقرب من 100 جسيم X في البيانات. إنها بداية رائعة.
“من غير المعقول تقريبًا أن نتمكن من فصل هذه الجسيمات المائة من مجموعة البيانات الضخمة هذه ،” قال لي.
في هذه المرحلة ، لا توجد بيانات كافية لمعرفة المزيد عن بنية الجسيم X ، لكن الاكتشاف قد يقربنا. الآن بعد أن عرفنا كيفية العثور على توقيع الجسيم X ، سيكون من الأسهل اكتشافه في مجموعات البيانات المستقبلية. في المقابل ، كلما توفرت لدينا المزيد من البيانات ، كان من الأسهل فهمها.
تتكون كل من البروتونات والنيوترونات من ثلاثة كواركات. يعتقد الفيزيائيون أن جسيمات X يمكن أن تتكون من أربعة – إما جسيم غريب مرتبط بإحكام يعرف باسم رباعي الكوارك ، أو نوع جديد من الجسيمات غير المحكم يتكون من ميزونين ، يحتوي كل منهما على كواركين. إذا كانت الأولى ، لأنها أكثر إحكامًا ، فسوف تنهار بشكل أبطأ من الثانية.
“حاليًا ، تتوافق بياناتنا مع كلا السيناريوهين لأننا لا نملك إحصاءات كافية حتى الآن. في السنوات القليلة المقبلة ، سنأخذ المزيد من البيانات حتى نتمكن من فصل هذين السيناريوهين” ، يقول لي.
“سوف يوسع نظرتنا لأنواع الجسيمات التي تم إنتاجها بكثرة في الكون المبكر.”
تم نشر البحث في خطابات الفحص البدني.
