Fizikantët drejtojnë eksperimente për të eksploruar forcën që lidh universin

Universi filloi rreth 14 miliardë vjet më parë me një pikë të vetme që përmbante një grup të madh grimcash themelore, sipas teorisë mbizotëruese të njohur si Big Bengu. Nën presionin e nxehtësisë dhe energjisë ekstreme, pika u fry dhe më pas u zgjerua për t’u bërë universi siç e njohim ne. Ky zgjerim vazhdon edhe sot e kësaj dite.

Zbulimi i mistereve të asaj që ndodhi në atë moment të parë është një temë kryesore e kërkimit të fizikës bërthamore. Rosi Reed, profesor i asociuar dhe Anders Knospe, profesor asistent – të dy në Departamentin e Fizikës – janë në avantazhin kryesor të atij kërkimi, duke hetuar natyrën e asaj lënde fillestare të krijuar, plazmës kuark-gluon, një lëng i përbërë nga grimca nënatomike. . Me mbështetjen e Fondacionit Kombëtar të Shkencës, ata kanë ndërtuar një detektor shumë të specializuar për të matur aspektet e universit që nuk janë matur kurrë më parë.

Reed dhe Knospe po instalojnë detektorin e tyre të avionit të ngjarjeve në Përplasësin e Jonit Relativist të Laboratorit Kombëtar Brookhaven (RHIC) në Long Island, Nju Jork, një nga vetëm dy objektet operative të përplasjeve të grimcave që ekzistojnë. Ata po kryejnë eksperimente për të përcjellë kërkimin e tyre bashkëpunues dhe individual mbi forcën e fortë bërthamore, një nga katër forcat themelore të natyrës, së bashku me gravitetin, elektromagnetizmin dhe forcën e dobët bërthamore. Forca e fortë mban së bashku bërthamat atomike.

Detektori i tyre është pjesë e nismës sPHENIX, një “përtëritje radikale” e objektit origjinal Pioneering High Energy Nuclear Interaction Experiment (PHENIX), i projektuar për të hetuar përplasjet me energji të lartë të joneve dhe protoneve të rënda. Ai do të përfshijë komponentë të rinj që rrisin ndjeshëm aftësinë e shkencëtarëve për të mësuar rreth plazmës kuark-gluon.

“Në përplasës, ne mund të shohim se si dukej universi në 10 mikrosekondat e para,” thotë Reed.

Detektori i tyre i aeroplanit të ngjarjeve është projektuar për të matur trajektoret e grimcave themelore të ngarkuara pas përplasjes.

“Nëse keni dy bërthama që përplasen me njëra-tjetrën, përveç nëse është një përplasje kokë më kokë, do të keni orientime të ndryshme të bërthamave me një vijë që lidh qendrat e tyre, horizontalisht ose vertikalisht. Ky quhet plani i ngjarjes”, thotë Knospe. . “Përveç hartës së aeroplanit të ngjarjes, detektori do të na ndihmojë të përcaktojmë se sa e dhunshme ishte një përplasje. Vetëm duke matur numrin e grimcave, ne mund të vlerësojmë nëse ishte një përplasje ballë për ballë, apo një përplasje periferike shumë e vështruar.”

Ndërtimi i detektorit ishte një proces intensiv i punës. Një numër studentësh, disa me mbështetjen e një çmimi të Fondacionit Kombëtar të Shkencës për Eksperiencat Kërkimore për Studentë, punuan me Reed dhe Knospe për të ndërtuar pjesë të tij, duke përfshirë panelet e scintilatorit. Panelet ndizen kur goditen nga një grimcë e ngarkuar, e cila lejon që pozicioni i grimcave të matet.

Detektori, i projektuar për të qenë një “shtesë” për sPHENIX, “duket si dy disqe dhe në thelb do të shkojë në të dyja anët e sPhenix, pikërisht brenda magnetit,” thotë ajo. “Disqet do të matin se ku përplasen dy grimca ose jone të ngarkuara dhe do të ndihmojnë në përgjigjen e shumë pyetjeve dhe në përcaktimin e matjeve të rëndësishme.”

Reed, puna e të cilit fokusohet në ekzaminimin e avionëve të grimcave, ose grimcave spërkatës, që fluturojnë nga përplasjet me energji të lartë, thotë se ndër pyetjet kryesore shkencore që mbledhja dhe analiza e të dhënave mund të ndihmojnë në përgjigjen janë: Pse ka më shumë materie sesa antimateries në univers? Pse Big Bengu krijoi pika të ftohta dhe pika të nxehta të cilat, në disa raste, bashkohen në galaktika dhe entitete të tjera? Puna e saj mbështetet nga një Çmimi i Karrierës së Fondacionit Kombëtar të Shkencës.

Knospe është fokusuar në përdorimin e grimcave të rënda nënatomike të quajtura kuarkonia për të hetuar plazmën e kuarkut-gluonit dhe për të karakterizuar vetitë e saj në detaje. Puna e tij mbështetet nga një Çmimi i KARRIERËS së Departamentit të Energjisë.

Në fund të fundit, puna e Reed dhe Knospe në përplasësin do të lejojë një kuptim më të mirë të forcës së fortë ose, siç e thotë Knospe – “si kjo supë e madhe e të gjitha këtyre grimcave nënatomike u bashkua për t’u bërë kjo gjendje e re e materies ose në të vërtetë, vetë më i vjetër.”