يضيق البحث عن شكل غامض للمادة متوقع من نظرية آينشتاين النسبية الخاصة. بعد أكثر من عقد من البحث ، يعتقد العلماء في أكبر مصادم للجسيمات في العالم أنهم على وشك العثور عليه.
لكن الباحثين لا يبحثون في الأحشاء المنفجرة للجسيمات المحطمة معًا بسرعة خفيفة تقريبًا.
وبدلاً من ذلك ، يبحث الفيزيائيون في مصادم الهادرون الكبير (LHC) ، وهو حلقة طولها 17 ميلاً (27 كيلومترًا) مدفونة تحت الأرض بالقرب من الحدود بين فرنسا وسويسرا ، عن المادة المفقودة ، التي تسمى مكثف الزجاج الملون ، من خلال دراسة ما يحدث عندما تكون الجسيمات لا تصطدم ، ولكن بدلاً من ذلك ، يمكنك تقريب بعضها البعض في حالات الوفاة القريبة.
في النموذج القياسي للفيزياء ، النظرية التي تصف حديقة الحيوانات الخاصة بالجسيمات دون الذرية ، يتم تجميع 98٪ من المادة المرئية في الكون بواسطة جسيمات أساسية تسمى الغلوونات. هذه الجسيمات التي تحمل اسمًا مناسبًا هي المسؤولة عن القوة التي تلصق الكواركات معًا لتكوين البروتونات والنيوترونات. عندما تتسارع البروتونات إلى ما يقرب من سرعة الضوء ، تحدث ظاهرة غريبة: تركيز الغلوونات داخلها يرتفع.
وقال دانييل تابيا تاكاكي استاذ مساعد في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كانساس في بيان "في هذه الحالات ، تنقسم الغلوونات إلى أزواج من الغلونات بطاقات أقل ، وتقسم هذه الغلوتين نفسها فيما بعد وهكذا." "في مرحلة ما ، يصل انشقاق الغلوونات داخل البروتون إلى حد يتوقف عنده تكاثر الغلونات. وتعرف هذه الحالة باسم مكثف الزجاج الملون ، وهي مرحلة افتراضية من المادة يعتقد أنها موجودة في مستويات عالية جدًا بروتونات الطاقة وكذلك في النوى الثقيلة. "
وفقًا لمختبر بروكهافن الوطني ، يمكن للمكثف أن يفسر العديد من الألغاز غير المحسومة للفيزياء ، مثل كيفية تشكل الجسيمات في تصادمات عالية الطاقة ، أو كيفية توزيع المادة داخل الجسيمات. ومع ذلك ، فإن التأكد من وجودها قد استعصى على العلماء لعقود. ولكن في عام 2000 ، وجد الفيزيائيون في Brookhaven's Relativistic Heavy Ion Collider الإشارات الأولى على وجود مكثفات زجاجية ملونة.
عندما حطم المختبر ذرات ذهبية مجردة من إلكتروناتها ، وجدوا إشارة غريبة في الجسيمات المتدفقة خارج التصادمات ، ملمحًا إلى أن بروتونات الذرات كانت مليئة بالغلوونات وبدأت في تكوين مكثف الزجاج الملون. وقد أدت التجارب الأخرى مع اصطدام الأيونات الثقيلة في LHC إلى نتائج مماثلة. ومع ذلك ، فإن اصطدام البروتونات معًا بسرعات نسبية لا يمكن إلا أن يعطي لمحة عابرة عن أحشاء البروتونات قبل أن تنفجر الجسيمات دون الذرية بعنف. يتطلب استقصاء الدواخل من البروتونات نهجًا أكثر لطفًا.
عندما يتم تسريع الجسيمات المشحونة ، مثل البروتونات ، إلى سرعات عالية ، فإنها تخلق مجالات كهرومغناطيسية قوية وتطلق طاقة على شكل فوتونات ، أو جزيئات ضوء. (بفضل الطبيعة المزدوجة للضوء ، فهي أيضًا موجة.) تم استبعاد تسريبات الطاقة هذه ذات مرة كأثر جانبي غير مرغوب فيه لمسرعات الجسيمات ، لكن الفيزيائيين تعلموا طرقًا جديدة لاستخدام هذه الفوتونات عالية الطاقة لصالحهم.
إذا وجدت البروتونات نفسها تتخطى بعضها البعض في المسرِّع ، فإن عاصفة الفوتونات التي تطلقها يمكن أن تسبب تصادمات بروتون على الفوتون. هذه ما يسمى التصادمات المحيطية الفائقة هي المفتاح لفهم العمل الداخلي للبروتونات عالية الطاقة.
وقال تابيا تاكاكي في بيان "عندما تصطدم موجة ضوئية عالية الطاقة بالبروتون فإنها تنتج جزيئات -جميع أنواع الجسيمات- دون كسر البروتون." "يسجل كاشفنا هذه الجسيمات ويسمح لنا بإعادة بناء صورة عالية الجودة لم يسبق لها مثيل لما بداخلها."
يستخدم Tapia Takaki وتعاون دولي من العلماء هذه الطريقة الآن لتعقب المكثفات الزجاجية المراوغة. نشر الباحثون نتائج مبكرة لدراستهم في عدد أغسطس من المجلة الفيزيائية الأوروبية C. ولأول مرة ، تمكن الفريق من قياس كثافة الغلونات بشكل غير مباشر على أربعة مستويات مختلفة من الطاقة. على أعلى مستوى ، وجدوا دليلاً على أن مكثف الزجاج الملون كان قد بدأ للتو في التكون.
النتائج التجريبية "... مثيرة للغاية ، وتعطي معلومات جديدة حول ديناميكيات الجلون في البروتون ، وهناك العديد من الأسئلة النظرية التي لم يتم الرد عليها" فيكتور جونكالفيس ، أستاذ الفيزياء في جامعة بيلوتاس الفيدرالية في البرازيل وأحد وقال مؤلف مشارك للدراسة في البيان.
حتى الآن ، لا يزال وجود مكثفات الزجاج الملون لغزًا بعيد المنال.
