הרגעים הראשונים של היקום: לא מה שחשבנו

צוות בין לאומי של מדענים, ובו גם מדענים ישראלים ממכון ויצמן למדע, גילה כי ייתכן והמפץ הגדול התפתח בדרך השונה מזו שהוערכה עד כה. במהלך מחקר המנסה לבחון את מקור היווצרותו של היקום, התגלו תוצאות מפתיעות. במסגרת הניסוי, ערכו המדענים שורה של תהליכים שנועדו לשחזר את החומר הבראשיתי, הקרוי "פלסמת קווארק-גלואון" - חומר שנוצר בשלבים הראשונים של המפץ הגדול, לפני שנוצרו החלקיקים המרכיבים את האטום - הניטרונים והפרוטונים.

פרוייקט PHENIX, בו לוקחים חלק מדענים ממרכזי מחקר בעולם, חוקר את תכונותיה הפיזיקליות של פלסמת קווארק-גלואון. חומר זה שימש, כך לפי ההערכות, כחומר הגלם ליצירתם של כל האטומים הקיימים כיום ביקום, והוא מהווה את הבסיס לתהליכים הפיזיקליים בתוך החומר.

במסגרת המחקר, החוקרים מנסים לשחזר את תערובת החומר הקדומה באמצעות שימוש במאיץ חלקיקים - RHIC - שנבנה במיוחד למטרה זו במעבדה הלאומית ברוקהייבן שבלונג איילנד, ניו יורק. המאיץ יוצר שתי אלומות של יוני זהב, מאיץ אותן וגורם להתנגשות חזיתית ביניהן. מעוצמת ההתנגשות בין האלומות, המוערכת בכ-40 טריליון אלקטרון-וולט, הופך חלק מאנרגיית התנועה של יוני הזהב לחלקיקי חומר שונים. מצב זה של מעבר מאנרגיה לחומר ולהפך מוגדר בנוסחתו המפורסמת של אלברט אינשטיין - E=Mc2.

הרגעים הראשונים של היקום

לדברי החוקרים, השלב הראשון בתהליך היווצרות חלקיקי החומר החדשים מתוך אנרגיית התנועה של אלומת יוני הזהב, דומה לשלב הראשון של היווצרות החומר במפץ הגדול. על פי השערות המחקר, האטומים הנבדלים זה מזה נוצרו כתוצאה מהמרה של אנרגיה לחומר.

כאמור, השלב הראשון של המפץ הגדול, ששוחזר באופן חלקי במאיץ החלקיקים, הוא בקיומה של פלסמת קווארק-גלואון. פלסה זו מכילה תערובת של קווארקים וגלואונים חופשיים, והיא נוצרה בהתפשטות החומר הלוהט בעקבות המפגש האנרגטי בין אלומות יוני הזהב.

כך נראו הרגעים הראשונים של היקום, לפני מילארדי שנים: פלסמה ובה תערובת של קווארקים וגלואונים חופשיים, שכיום כמעט ולא ניתן למצוא אותם במצב הקדום. כשהיקום התקרר לאחר הפיצוץ, והחל להתפשט, התארגנו החלקיקים בדגמים מורכבים ויציבים יותר. הפרוטונים והניטרונים, המרכיבים את האטומים, הם דוגמה לחלקיקים שהתהוו כתוצאה מחיבור בין קווארקים וגלואונים קדומים. לדברי החוקרים, מאז לא נצפו ביקום קווארקים וגלואונים חופשיים, וגם יצירתם במעבדות מחקר ומאיצי חלקיקים נחשבת לפעולה נדירה למדי.

מתנהג כנוזל, ולא כגז לוהט

חלק מגלאי החלקיקים המשמשים לאיתור, מדידה והערכה של החלקיקים הנוצרים בניסויים אלה, פותחו ויוצרו במעבדתו של פרופ' יצחק צרויה במכון ויצמן למדע. מהמכון נמסר, כי גלאים אלה 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 ההתנגשות.

בשלוש השנים האחרונות נערכו שלבים שונים של הניסוי, במהלכם אספו החוקרים מידע רב על רגעיו הראשונים של היקום. החוקרים גילו כי הפלסמה הגיעה לחום המגיע לשיעור של פי 150,000 מהטמפרטורה של מרכז השמש, ואינה מתנהגת כמו גז בחום גבוה, כפי שסברו החוקרים עד כה, אלא באופן הדומה להתנהגותו של נוזל.

כדי לפענח את משמעות התופעה הבלתי צפויה הזאת, פיתח פרופ' צרויה גלאי חלקיקים מתקדמים, שאינם מבחינים בחלקיקים הדרונים (דוגמת פרוטונים וניטרונים). המדענים מקווים שגלאים אלה המכונים ,"עיוורים להדרונים", או, בקיצור, HBD, יסייעו להם לזהות בקלות רבה יותר סימנים של קוורקים וגלואוניים חופשיים, דבר שיסייע בפתרון תעלומת החומר הבראשיתי.