לשחזר את המפץ הגדול

בניסיוננו להבין את היווצרות העולם, אנו בוחנים את החלקיקים הבונים אותו. אבני הבניין של החומרים הרגילים שסביבנו הן אטומים. האטומים, כידוע, בנויים מגרעין ומאלקטרונים המקיפים אותו. בתוך הגרעין קיימים פרוטונים ונויטרונים (או פרוטון בודד, במקרה של המימן), הבנויים גם הם מחלקיקים קטנים יותר (קוורקים וגלואונים).
הקשר בין החלקיקים בתוך גרעין האטום הוא חזק כל כך, שלמסתכל מבחוץ הגרעין הוא כעין כדור פינג-פונג קשה. כל המחקרים עד היום, גם אלה הדנים בביקוע האטום, דנים בהתנגשויות גרעיניות שבהן הגרעין הוא יחידה שלמה, וביקועו הוא כעין שבירת הכדור. אך ייתכן בהחלט שלא תמיד כך הדבר. חוקרים מאמינים, שישנו מצב צבירה נוסף לגרעין האטום, והם קוראים לו פלסמה קוורק-גלואונית. במצב הצבירה הזה, הגרעין מתנהג כמו כדור רך, והתנגשות בין שני גרעיני אטומים תהיה כעין הטחת כדור ג'ל אחד בשני. מצב זה, לפי אותם מדענים היה קיים רק במפץ הגדול, הואיל והוא מתקיים רק בהתנגשויות באנרגיה גבוהה ביותר.
בכדי לנסות ולשחזר את מצב הצבירה הייחודי הזה, ניסו מדעני RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) במעבדה הלאומית של ברוקהייוון שבניו-יורק לארגן התנגשות של שני חלקיקי זהב במהירות הקרובה מאוד למהירות האור. הם קיוו כי התנגשות כזו תגרום לגרעין הזהב לעבור למצב צבירה של פלסמה קוורק-גלואונית, וכך לשחזר את מצב הצבירה שהיה קיים במפץ הגדול.
הגם שהניסוי הצליח, התוצאות היו מבלבלות מאוד. הבלבול נוצר כאשר הסתכלו החוקרים על אחד מהגלאים שעקבו אחרי הניסוי. תפקידו של הגלאי היה לקבוע אם ההתנגשות היתה "קשה" או "רכה". בעוד שהגלאי הראה כי היו חלקיקים שיצאו מההתנגשות כשהם זזים במהירות איטית מהרגיל, כמו שאמור לקרות כאשר חלקיק עובר בתוך תווך דביק (התנגשות "רכה"), נצפו גם חלקיקים שניתזו מההתנגשות כאילו היתה בין שני גופים קשים.
הבעיה היא שהחלקיקים שאותם מאתר הגלאי נוצרים לאחר ההתנגשות. לכאורה, כל הקוורקים והגלואונים שיצרו את שני גרעיני האטום המתנגשים אמורים להרכיב מחדש חלקיקים, שייתנו לנו אינדיקציה אם ההתנגשות היתה רכה או קשה. אך בניסוי נצפו חלקיקים משני סוגים שונים: "אמנם הגלאי איתר פיונים (המורכבים משני קוורקים ועוד כמה גלואונים) המתנהגים בערך כמו שציפינו", אומרת ג'וליה ולקובסקה (Velkovska), פיסיקאית מברוקהייוון הקשורה בפרוייקט, "אך נצפו גם פרוטונים ואנטי פרוטונים (המורכבים משלושה קוורקים ועוד גלואונים) שהתנהגו כאילו יצאו מהתנגשות קשה".
"התוצאות האלה הן תעלומה בשבילי", מציין ויליאם זאק (Zajc) מאוניברסיטת קולומביה, דובר RHIC, "אולי קונפיגורציות אקזוטיות של חלקיקים, כמו פיונים, מתנהגות אחרת מפרוטונים".
עכשיו מתכננים המדענים מ- RHIC ניסוי נוסף, שתוצאותיו יתקבלו עד 2004, שבו ניתן לבחון אם התופעה קיימת גם בהתנגשויות גבוהות אנרגיה נוספות.