پایان یک دوران: تنها برخورددهنده ذرات ایالات متحده تعطیل می‌شود – تا شاید برخورددهنده‌ای جدید ظهور کند

ایالات متحده - خبرگزاری اخباری

پایان یک دوران: تنها برخورددهنده ذرات ایالات متحده تعطیل می‌شود – تا شاید برخورددهنده‌ای جدید ظهور کند

پس از گذشت بیش از یک ربع قرن پژوهش‌های پیشگامانه که درک ما از ماده و کیهان اولیه را بازتعریف کرد، برخورددهنده یون‌های سنگین نسبیتی (RHIC) در آزمایشگاه ملی بروکهیون در آپتون، نیویورک، رسماً فعالیت خود را متوقف کرد. تعطیلی آن در 6 فوریه، پایانی بر فصلی فوق‌العاده در فیزیک ذرات آمریکا است، چرا که RHIC آخرین برخورددهنده ذرات از نوع خود بود که در ایالات متحده فعالیت می‌کرد. با این حال، این پایان، نه یک نقطه توقف، بلکه یک انتقال استراتژیک است که راه را برای برخورددهنده الکترون-یون (EIC) جاه‌طلبانه هموار می‌کند؛ پروژه‌ای که پیش‌بینی می‌شود در اواسط دهه 2030 دوران جدیدی از اکتشافات خود را آغاز کند.

RHIC، که اغلب با محبت «ریک» نامیده می‌شود، شگفتی مهندسی و تلاش علمی بود. برای 25 سال، حلقه‌های دوتایی آن پروتون‌ها و هسته‌های اتمی را تقریباً با سرعت نور شتاب می‌دادند و برخوردهای رو در رو را سازماندهی می‌کردند که لحظه‌ای شرایطی شبیه به آنچه بلافاصله پس از انفجار بزرگ رخ داد را بازسازی می‌کرد. این محیط‌های افراطی به دانشمندان اجازه داد تا به اسرار حالت اولیه جهان بپردازند. فیزیکدان الکس جنچ احساسات تلخ و شیرین پیرامون تعطیلی را به تصویر کشید و خاطرنشان کرد که این امر نیازمند نوعی شناخت مبهم است: «یا جشن بگیرید یا سوگواری کنید، یکی از این دو.» در واقع، چیزهای زیادی برای جشن گرفتن در میراث RHIC وجود دارد.

یکی از عمیق‌ترین دستاوردهای RHIC، که در اوایل دهه 2000 فاش شد، کشف و توصیف دقیق پلاسمای کوارک-گلوئون (QGP) بود. این حالت عجیب ماده، یک "سوپ اولیه" از کوارک‌ها و گلوئون‌ها، تنها چند میکروثانیه پس از بیگ بنگ وجود داشت و سپس سرد شد تا پروتون‌ها، نوترون‌ها، و در نهایت تمام ماده‌ای را که امروز مشاهده می‌کنیم، تشکیل دهد. دانشمندان در ابتدا فرض می‌کردند که QGP مانند گازی از ذرات آزاد شناور رفتار خواهد کرد. با این حال، در یک کشف علمی خیره‌کننده، آزمایش‌های RHIC نشان دادند که QGP در واقع یک مایع تقریباً کامل است که ویسکوزیته بسیار ناچیزی از خود نشان می‌دهد و تقریباً بدون مقاومت جریان می‌یابد. همانطور که ابهای دیشپنده، فیزیکدان بروکهیون، فصیحانه بیان کرد: "آن یک شخصیت بسیار متمایز دارد... دوست دارد جریان یابد." این ویژگی غیرمنتظره به طور اساسی درک ما از نحوه رفتار ماده در شرایط شدید را تغییر داد.

فراتر از پلاسمای کوارک-گلوئون، RHIC همچنین دانش ما را در مورد خود پروتون به طور قابل توجهی پیش برد. با برخورد پروتون‌ها، این مرکز به دقت این ذرات زیراتمی را توصیف کرد و دنیای درونی شگفت‌آور پویا و پیچیده این اجزای فراگیر ماده را آشکار ساخت. برخلاف تصاویر ساده‌انگارانه کتاب‌های درسی از پروتون‌ها به عنوان کره‌های جامد با بار مثبت، کار RHIC، با تکیه بر دهه‌ها فیزیک ذرات، این درک را تقویت کرد که پروتون‌ها سیستم‌های پیچیده‌ای از کوارک‌ها و گلوئون‌ها هستند که دائماً با فعالیت مکانیک کوانتومی در حال جوش و خروشند. این ذرات بنیادی، که توسط نیروی هسته‌ای فوق‌العاده قوی به هم متصل شده‌اند، معمولاً جدایی‌ناپذیرند، مفهومی که ابهای دیشپنده، فیزیکدان بروکهیون، با بیان اینکه "قوانین طبیعت آنها را از تنها بودن منع می‌کند"، بر آن تأکید کرد، مگر در طول وجود زودگذر پلاسمای کوارک-گلوئون.

تعطیلی RHIC لحظه‌ای مهم را رقم می‌زند، چرا که این تنها برخورددهنده ذرات در ایالات متحده بود که قادر به هدایت دو پرتو ذرات به برخوردهای مستقیم رو در رو بود – قابلیتی که برخورددهنده‌ها را از شتاب‌دهنده‌های ذرات ساده‌تر متمایز می‌کند. پیشرو آن، تئواترون در فرمیلب، در سال 2011 تعطیل شد. با این حال، جامعه علمی با خوش‌بینی به آینده نگاه می‌کند. برخورددهنده الکترون-یون (EIC) آینده قرار است مستقیماً بر پایه RHIC بنا شود، از بخش عمده‌ای از زیرساخت‌های موجود آن استفاده کند و همان تونل 3.8 کیلومتری را که در میان باران‌های کاج لانگ آیلند قرار گرفته است، اشغال کند.

EIC وعده می‌دهد که با برخورد الکترون‌ها با پروتون‌ها یا هسته‌های اتمی، مرزهای جدیدی را در فیزیک بگشاید. این رویکرد به دانشمندان امکان می‌دهد تا "تصویربرداری سه بعدی بی‌سابقه‌ای از پروتون، واقعاً در تمام شکوهش" را ایجاد کنند، همانطور که فیزیکدان بروکهیون، الکه-کارولین آشنوئر، توصیف کرده است. محققان انتظار دارند بینش‌های عمیقی در ساختار داخلی پروتون به دست آورند، و حتی پدیده‌های گریزان مانند "چگالش شیشه رنگی" را که گمان می‌رود در داخل پروتون‌ها پنهان است، کشف کنند. وولفرام فیشر، فیزیکدان شتاب‌دهنده، نیز شور و اشتیاق گسترده را تکرار کرد و اظهار داشت: "آینده آنجاست، و امیدوارم به همان اندازه دیدنی باشد."

برای بسیاری، از جمله دانشمندانی که در نزدیکی بروکهیون بزرگ شدند و از کار آن الهام گرفتند، این گذار نمادی از تکامل مداوم کاوش علمی است. لحظه "قرص قرمز" درک اینکه پروتون‌ها ساده نیستند، بلکه جهان‌های پیچیده‌ای از کوارک‌ها و گلوئون‌ها هستند، پیگیری بی‌وقفه برای درک عمیق‌تر را به پیش می‌برد. همانطور که RHIC دوران درخشان خود را به پایان می‌رساند، میراث اکتشافات شگفت‌انگیز آن بدون شک نسل بعدی فیزیکدانان و پژوهش‌های پیشگامی را که قرار است از برخورددهنده الکترون-یون پدیدار شوند، تغذیه خواهد کرد و تضمین می‌کند که آمریکا در خط مقدم اکتشاف فیزیک بنیادی باقی بماند.

خبرگزاری اخباری