מדענים שחזרו את "החומר הבראשיתי"

460 פיזיקאים, מ-57 מכוני מחקר הפועלים ב- 12 מדינות הודיעו כי מניתוח תוצאות שהתקבלו עד כה בניסוי שהם מבצעים במשותף, עולה רמז ברור כי עלה בידם לשחזר את החומר הבראשיתי, הקרוי "פלסמת קווארק-גלואון", שנוצר מיד לאחר המפץ הגדול. על פי ההערות, פלסמה זו היוותה את המקור להיווצרות החומר כפי שאנו מכירים אותו היום.
הניסוי, המכונה "פניקס", מתבצע במעבדה האמריקאית הלאומית ברוקהייבן שבלונג-איילנד, ניו יורק, ומשתתפים בו פיזיקאים מברזיל, סין, צרפת, גרמניה, הונגריה, הודו, יפן, קוריאה הדרומית, רוסיה, שבדיה, ארצות הברית וישראל.
בראש הקבוצה הישראלית המשתתפת בפרויקט עומד פרופסור יצחק צרויה, ראש המחלקה לפיזיקה של החלקיקים במכון ויצמן למדע. פרופ' צרויה וחברי קבוצת המחקר שלו תכננו ובנו גלאי חלקיקים מיוחדים המהווים חלק חיוני של מערך הגלאים בניסוי "פניקס".
במיליונית השנייה הראשונה לאחר המפץ הגדול עדיין לא היו ביקום אטומים של חומרים שונים, כפי שהם מוכרים לנו כיום. למעשה, באותה עת עדיין לא "נולדו" גם הפרוטונים והניטרונים. סילוני החומר הלוהט שהתפשטו לכל עבר בשברירי השנייה הראשונים לקיומו של היקום, הכילו תערובת נדירה של קווארקים וגלואונים חופשיים (המכונה "פלסמת קווארק-גלואון"). מאוחר יותר, כשהיקום התקרר מעט והצפיפות בו פחתה, "התארגנו" הקווארקים והגלואונים בשילובים שונים שיצרו חלקיקים מורכבים יותר, דוגמת פרוטונים וניטרונים.
מאז, למעשה, לא נראו עוד ביקום קווארקים וגלואונים חופשיים.
מדענים שמבקשים לחקור את תכונותיה הפיזיקליות הייחודיות של פלסמת קווארק-גלואון, מנסים, אפוא, לשחזר את תערובת החומר הקדומה הזאת באמצעות מאיץ חלקיקים שנבנה במיוחד למטרה זו, והקרוי RHIC במעבדה הלאומית ברוקהייבן שבלונג איילנד, ניו יורק. מאיץ מיוחד זה יוצר שתי אלומות של יוני זהב, מאיץ אותן זו כנגד זו וגורם להתנגשות חזיתית ביניהן. מעוצמת ההתנגשות (כ- 40 טריליון אלקטרון-וולט) הופך חלק מאנרגית התנועה של אלומות יוני הזהב לחום, ואילו חלק אחר של אנרגית התנועה הופך לחלקיקי חומר שונים, תהליך שמתואר בנוסחת שוויון החומר והאנרגיה המפורסמת של אלברט איינשטיין: e=mC2.

שלב קיומה של פלסמת קווארק-גלואון

השלב הראשון בהיווצרות החלקיקים החדשים מתוך אנרגיית התנועה של אלומות יוני הזהב, ממש כמו השלב הראשון בהיווצרות החומר במפץ הגדול, אמור להיות שלב קיומה של פלסמת קווארק-גלואון.
אחת הדרכים לזיהוי פלסמת קווארק-גלואון מבוססת על מעקב אחר התנהגותם של סילוני חומר החודרים לתוכה. כאשר קווארק בודד חודר לחומר רגיל (המכיל פרוטונים וניטרונים), הוא פולט קרינה המאטה את התקדמותו במידה מסוימת. לעומת זאת, שיעור ההאטה של אותו סילון, כאשר הוא חודר לחומר שמצוי בתצורת פלסמת קווארק-גלואון, יהיה גדול הרבה יותר (כלומר, הוא יאט במידה רבה יותר). בדיוק התופעה שנצפתה ונותחה באחרונה בניסוי "פניקס" שמבוצע במעבדת ברוקהייבן.
ממצאים אלה, אומרים הפיסיקאים המבצעים את הניסוי, הם בבחינת רמז ממשי כי עלה בידינו לשחזר את השלב הראשון בהיווצרות החומר ביקום הקרוי "פלסמת קווארק-גלואון".
הגלאים החדשים מסוגלים לספק מידע תלת-ממדי בלתי תלוי על מיקומיהם של החלקיקים הניתזים מאזור ההתנגשות, ועל פי כיווניהם, האנרגיה שלהם וזהותם של החלקיקים האלה, אפשר ללמוד על מצב החומר באזור התנגשות. בצוות הפיתוח והייצור של הגלאים הייחודיים האלה השתתפו, בנוסף לפרופ' צרויה, גם פרופ' זאב פרנקל, ד"ר איליה רבינוביץ, החוקר הבתר-דוקטוריאלי ווי שי (חוקר סיני), ותלמידי המחקר מהמחלקה לפיזיקה של חלקיקים במכון ויצמן למדע.