במאיץ חלקיקים שוחזרו שברירי השנייה הראשונים שלאחר המפץ הגדול

מדענים הצליחו לשחזר במאיץ חלקיקים את מיליוניות השנייה הראשונות לאחר המפץ הגדול, ולאסוף עדויות נסיבתיות לכך שבמהלך סדרת ניסויים שערכו נוצר חומר חדש, שהיה קיים רק סמוך למפץ הגדול

במדענים הצליחו לשחזר במאיץ חלקיקים את מיליוניות השנייה הראשונות לאחר המפץ הגדול, ולאסוף עדויות נסיבתיות לכך שבמהלך סדרת ניסויים שערכו נוצר חומר חדש, שהיה קיים רק סמוך למפץ הגדול – הפיצוץ האדיר שבו מדענים מאמינים שהיקום נברא לפני כ-12 מיליארד שנים.

הגילוי עשוי לסייע להבין טוב יותר את תהליך ההתארגנות של התוהו ובוהו ששרר סמוך למפץ הגדול לחומר הקיים היום ביקום. סדרת הניסויים, שנערכה במאיץ החלקיקים CERN שבז'נווה, החלה בשנת ,1994 ושותפים בה מדענים מ-25 מדינות ובהם קבוצת פיסיקאים ממכון ויצמן.

ספטמבר 2008 – עכשיו זה סופי: מאיץ החלקיקים החדש בטוח לשימוש

החומר החדש נחשב למקור כל החומר ביקום, והניסויים בז'נווה עשויים לסייע להסביר כיצד מחומר זה התהוו החלקיקים, המסה שלהם ובסופו של דבר היקום כולו, אומר פרופ' יצחק צרויה, העומד בראש קבוצת הפיסיקאים מישראל.

החומר החדש – או “פלסמת קווארק-גלואון”, בכינויו המדעי – הוא גז דחוס, המורכב מחלקיקים בשם קווארקים וגלואונים המרחפים בו בחופשיות. במצב הרגיל, הקווארקים מחוברים זה לזה בחוזקה על ידי הגלואונים (מלשון “דבק”, באנגלית). יחד הם מרכיבים חלקיקים גדולים יותר, פרוטונים וניוטרונים, הנמצאים בגרעיני האטומים של כל החומר ביקום.

הקווארקים והגלואונים, הנחשבים היום לאבני הבניין של החומר, ריחפו בחופשיות בפלסמה רק בשברירי השנייה הראשונים לאחר המפץ הגדול. באותה עת עוד לא היו ביקום אטומים או גרעיני אטומים, ולמעשה, עדיין לא נולדו גם הפרוטונים והניוטרונים. מאוחר יותר, כשהיקום התקרר מעט וצפיפותו פחתה, התארגנו הקווארקים והגלואונים בשילובים שונים שיצרו חלקיקים מורכבים יותר, כמו פרוטונים וניוטרונים. מאז ועד היום הקווארקים – והגלואונים המחברים ביניהם – כלואים בהם.

בעבר כבר גילו הפיסיקאים כי באופן מוזר, הכוח החזק הפועל בין הקווארקים והגלואונים נחלש כאשר הקווארקים קרובים זה לזה ומתחזק דווקא כאשר הם מתרחקים זה מזה. כמה שלא ינסו לנתקם הם יישארו מחוברים, כאילו היו מחוברים במעין קפיץ או גומייה.

המדענים בז'נווה ניסו לשחזר את התנאים ששררו בשברירי השנייה הראשונים של המפץ הגדול. לצורך כך הם האיצו במאיץ החלקיקים גרעיני עופרת. הגרעינים טסו במהירות הקרובה למהירות האור והתנגשו זה בזה, יצרו חום הגבוה בערך פי 100 אלף מהטמפרטורה שבמרכז השמש וצפיפותם היתה גדולה פי 10 מזאת שבגרעין אטום רגיל.

פלסמת הקווארק-גלואון החדשה התקיימה למשך זמן קצר ביותר, לכן המדענים לא יכלו לקבל עדות ישירה על קיומה. היא התקררה כהרף עין, והפכה לאלפי חלקיקים במצב רגיל. לאחר מכן, בסדרת ניסויים שונים, אספו המדענים נתונים משבעה גלאי חלקיקים ובדקו את השאריות של מיליוני התנגשויות גרעיני העופרת כדי לגלות אם אכן נוצרה הפלסמה.

תוצאות הניסויים תאמו את התחזיות. כך, למשל, בניסוי שבראשו עמד פרופ' צרויה התגלה עודף גדול של זוגות של אלקטרון ופוזיטרון (הפוזיטרון הוא האנטי חומר של האלקטרון) – הרבה מעבר למה שהיה נוצר בהתנגשות בחומר רגיל.

אחת הנקודות העיקריות בהודעה על הגילוי נוגעת לתחזית מלהיבה הידועה בשם “תיאוריית כרומודינמיקת הקוואנטום”, שניבאה מעבר חומר ממצב רגיל למצב של פלסמת הקווארק-גלואון בתנאים קיצוניים של צפיפות וטמפרטורה.

יש הטוענים שבפרסום תוצאות הניסויים מהמאיץ האירופי ביום חמישי היו מעורבים שיקולים פוליטיים, ושהזדרזו לפרסם סיכום ביניים של כל שנות העבודה, על אף שהן אינן מהוות עדות חותכת לקיומה של פלסמת הקווארק-גלואון. זאת כדי להקדים את פרסום התוצאות ממאיץ אמריקאי חדש, שהניסויים בו יחלו בקרוב, וצפויות להתקבל בו עדויות הרבה יותר טובות לקיומה של הפלסמה.

פרופ' צרויה שוהה עכשיו במעבדה הלאומית של ברוקהייבן, ניו יורק, שם צפוי להתחיל באביב הניסוי במאיץ החלקיקים החדש, שבו יתנגשו זה בזה גרעיני אטומים של זהב, באנרגיה הגדולה פי 10 מזאת שב- .CERN”בברוקהייבן התנאים יהיו הרבה יותר טובים, כי האנרגיה יותר גבוהה, זמן החיים יותר ארוך והצפיפות והטמפרטורה גם כן תהיינה יותר גבוהות”, אומר פרופ' צרויה. לכן, “אנחנו מקווים לראות דברים הרבה יותר חזקים וברורים ממה שראינו ב-CERN.”
{מאת תמרה טראובמן. הופיע בעיתון הארץ, 15/2/2000)
אתר הידען היה עד סוף 2002 חלק מפורטל IOL מקבוצת הארץ.