המירוץ אחר החומר מראשית היקום

 המרוץ ליצירת החומר הקדום שהתקיים להרף שנייה אחרי המפץ הגדול מלווה במלחמת יוקרה בין שני מרכזי מחקר מובילים. האם המדענים האמריקאים משהים את ההכרזה על יצירת “פלזמת קווארקים וגלואונים” משום שהיא תאשר גילוי קודם

 
עקבות של חלקיקים הנפלטים כתוצאה מהתנגשות של שני יוני זהב במאיץ החלקיקים ברוקהייבן. יצירת “פלזמת קווארקים וגלואונים” עשויה להיות אחת התגליות החשובות ביותר במדע. תצלום: מעבדת ברוקהייבן

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/brookhavencern.html

מרכז הכנסים הגדול באזור העסקים של אוקלנד שבקליפורניה נהפך בחודש ינואר לאלסינור של הפיסיקה הגרעינית. רוח הרפאים שהופיעה, נעלמה ושוב הופיעה במהלך הכנס המדעי לא היתה רוחו של מלך שנרצח, כי אם צלו של חומר קדום בעל שם מוזר: פלזמת קווארקים וגלואונים (QGP).

הדרמה באוקלנד, בדומה לזו השייקספירית, כללה לא רק עימות בין כוחות גדולים, אלא גם מה שפורש על ידי כמה מהמשתתפים כמעשים של בגידה ונקמה. במוקד ההתרחשות ניצבו שתי מעבדות ענק חשובות, הרודפות בלהיטות אחרי מה שעשויה להיות אחת התגליות החשובות ביותר במדע.

אחת משתי המעבדות, המעבדה הלאומית ברוקהייבן מארה”ב, הציגה מופע “המלטי” כאשר העלתה ספקות רבים באשר למשמעות ממצאיה שלה. מדעני המעבדה סירבו להודות שהם יצרו את הפלזמה, וזאת על אף שפיסיקאים העוסקים בתחום תמימי דעים כי המעבדה הצליחה במשימתה.

“באופן אישי, לא הייתי מהמר שלא הצלחנו”, אמר ד”ר תומאס קירק, מנהל שותף במעבדת ברוקהייבן בתחומי אנרגיה גבוהה ופיסיקה אטומית. אולם הספקות שבכל זאת היו לו, כמו גם ספקותיהם של חוקרים אחרים במעבדה, הוצגו לראווה במהרה. “אנשים הוטעו גם בעבר”, אמר קירק בטון מאיים. לעת עתה, הוסיף, המעבדה תימנע מלצאת בהכרזה.

ההתרחשות המוזרה בכנס באוקלנד המחישה עד כמה מסובך להכריז על תגלית חשובה בעידן של שיתוף פעולה בין מאות מדענים ושל תקנונים נוקשים וביזנטיניים להכרזת תגליות, שכל אחת מהן יכולה לגרום לתזוזות של מאות מליוני דולרים המיועדים למחקר.

עלילת הסיפור פשוטה למדי. מאז יוני 2000, המאיץ ליונים כבדים רלטיוויסטיים של מעבדת ברוקהייבן “הפציץ” גרעינים של אטומי זהב אלה באלה במהירות הקרובה למהירות האור. המטרה היתה לגרום לחלקיקים מוזרים אבל בסיסיים הנקראים קווארקים וגלואונים לצאת מהפרוטונים והנויטרונים של גרעיני הזהב, שם הם בדרך כלל לכודים, וליצור “מרק”, פלזמה.

מכיוון שפלזמת הקווארקים והגלואונים התקיימה בפעם האחרונה מיליוניות שנייה אחדות לאחר המפץ הגדול, הפיצוץ הגדול שסבורים כי הוליד את היקום, חומר זה נמנה עם החומרים הנחשקים ביותר במחקר המדעי.

מדעני ברוקהייבן צפו בסדרה מרשימה של עדויות, אמנם עקיפות, לכך שהפלזמה נוצרה במאיץ שלהם. סילוני חלקיקים רבי עוצמה נעלמו בתוך החומר דמוי הפלזמה, כפי שהיה צפוי; וגושים דמויי שקד של החומר התפשטו בדיוק באותן תבניות משונות שנחזו בתיאוריות. “ההוכחה ליצירתה של פלזמת הקווארקים והגלואונים היא חד-משמעית”, אמר ד”ר מיקלוש גיולאסי, פיסיקאי תיאורטי מאוניברסיטת קולומביה.

אולם ההצלחה המשוערת של ברוקהייבן היתה מלווה במה שחוקרים במעבדה החשיבו כפגיעה אכזרית של הגורל. בפברואר 2000, כמה חודשים לפני שהחלו בברוקהייבן להאיץ גרעיני זהב, הסתיים ב-CERN שבז'נווה, המעבדה המובילה בתחום פיסיקת החלקיקים באירופה, ניסוי דומה, אם כי בעל עוצמה פחותה.

הגרעינים שהופצצו אלה באלה בניסוי שנערך ב-CERN לא היו של זהב אלא של עופרת. מדעני CERN – בהם ד”ר ריינהרד שטוק, פיסיקאי מאוניברסיטת פרנקפורט, וד”ר יוהנה שטאכל מאוניברסיטת היידלברג – החליטו כי הממצאים שבידיהם מספקים הוכחה לכך שהם יצרו קווארקים “חופשיים”, כלומר, קווארקים שהחלו לדלוף אל מחוץ לפרוטונים ולנויטרונים שבגרעין העופרת. זו לא היתה עדיין פלזמת הקווארקים והגלואונים המיוחלת, אולם כפי שאמרה בשנת 2000 ד”ר שטאכל, “הממצאים מצביעים ללא ספק על כך שזהו מצב חדש של חומר”. מדעני CERN החליטו לצאת בהכרזה על תגליתם.

בעבור מדעני ברוקהייבן, שהמאיץ שלהם נבנה בהשקעה של 600 מיליון דולרים בתקווה למצוא את פלזמת הקווארקים והגלואונים, משהו היה רקוב בממלכת פיסיקת החלקיקים האירופית. המדענים האמריקאים שיגרו לעבר עמיתיהם את אחת הקללות החמורות ביותר שאפשר להעלות על הדעת בעולם המחקר: הם האשימו אותם שהם פעלו ממניעים פוליטיים.

“מה שהרגיז אנשים במעבדה שלנו היה שההוכחה שלהם לא היתה משכנעת דיה”, אמר ד”ר תומאס לאדלם, פיסיקאי מברוקהייבן. ד”ר ויליאם זאץ', פיסיקאי מאוניברסיטת קולומביה המשמש דובר של יותר מ-400 מדענים ומהנדסים העובדים בברוקהייבן, אמר כי הכרזת CERN “בילבלה יותר מאשר שפכה אור על כל העניין”.

המלים האלה הכאיבו כמו סכינים. לדברי ד”ר שטוק, הוא היה מודע לכך שהתזמון לא ימצא חן בעיני המדענים האמריקאים. “הם רק החלו מבצע של חצי מיליארד דולר, והנה אנחנו אומרים להם, 'ביי-ביי, גנבנו לכם את הילד'”, אמר שטוק.

מדעני CERN הגיבו לביקורת בשלווה סטואית. במקביל, ככל שחלפו החודשים החלו מדעני ברוקהייבן לזכות בתשומת לב רבה כאשר הפעילו בהצלחה את המאיץ שלהם והחלו לאסוף נתונים מרשימים ביותר. אלא שאז התרחש דבר שגרם עונג רב למדעני CERN: הנתונים החדשים שנאספו בברוקהייבן רמזו כי הם, אנשי CERN, אכן היו על סף יצירת פלזמת קווארקים וגלואונים, ממש כפי שטענו.

ככל שהתחזקו העדויות ליצירתה של הפלזמה בברוקהייבן, ובתוך כך לא נמצאה שום ראיה שהפריכה את הטענה של CERN, החלו המדענים האירופאים לחשוב שהשתהותם של מדעני ברוקהייבן אינה נובעת אך ורק מזהירות מדעית. אם ברוקהייבן תכריז על התגלית עכשיו, אמרה ד”ר שטאכל, “האנשים שהיו מאוד ביקורתיים ביחס לתגלית שלנו יצטרכו לבלוע את המלים שלהם”.

מדעני ברוקהייבן לא מסכימים כמובן לטענה הזאת. הם אומרים כי הסיבה להשתהות היא הרצון שלהם לאסוף עוד נתונים כדי להיות בטוחים שהפלזמה לא תמצא את דרכה לפח הזבל של תגליות מדעיות, שמתגלות בדיעבד כלא נכונות. “CERN היא לא חלק מהדיונים שלנו, זה כבר נגמר”, אמר ד”ר קירק. לדבריו, יש רק דבר אחד שחשוב לתת עליו את הדעת כשמכריזים על תגלית: “היא חייבת להיות חסינה לחלוטין מפני ביקורת”.