ניפוץ מיתוסים של המפץ הגדול: תובנות מפתיעות על מקורות החומר ביקום המוקדם

מדענים שיחזרו את התנאים הקיצוניים של היקום המוקדם במאיצי חלקיקים, וחושפים תובנות מפתיעות לגבי היווצרות החומר.

חישובים חדשים מראים שעד 70% מחלקיקים מסוימים עשויים לנבוע מתגובות מאוחרות יותר ולא ממרק הקווארק-גלואון הראשוני שנוצר מיד לאחר המפץ הגדול. תגלית זו מערערת על הנחות קודמות לגבי ציר הזמן של היווצרות החומר ומציעה שחלק גדול מהחומר סביבנו נוצר מאוחר מהצפוי. על ידי הבנת התהליכים הללו, מדענים יכולים לפרש טוב יותר את התוצאות של ניסויי מתנגשים ולחדד את הידע שלהם על מקורות היקום.

שחזור התנאים הקיצוניים של היקום הקדום

היקום המוקדם היה חם פי 250,000 מליבת השמש שלנו. זה חם מדי בשביל ליצור את הפרוטונים והנייטרונים המרכיבים את החומר היומיומי. מדענים משחזרים את התנאים של היקום המוקדם במאיצי חלקיקים על ידי ריסוק אטומים כמעט במהירות האור. מדידת גשם של חלקיקים שנוצר מאפשרת למדענים להבין כיצד נוצר החומר.

החלקיקים שמדענים מודדים יכולים להיווצר בדרכים שונות: מהמרק המקורי של קווארקים וגלואונים או מתגובות מאוחרות יותר. התגובות המאוחרות הללו החלו 0.000001 שניות לאחר המפץ הגדול, כאשר החלקיקים המרוכבים העשויים מקווארקים החלו ליצור אינטראקציה זה עם זה. חישוב חדש קבע כי עד 70% מחלק מהחלקיקים הנמדדים הם מתגובות מאוחרות יותר אלו, לא מתגובות דומות לאלו של היקום המוקדם.

הבנת מקורות החומר

ממצא זה משפר את ההבנה המדעית של מקורות החומר. זה עוזר לזהות כמה מהחומר סביבנו נוצר בשברירי השניה הראשונים שלאחר המפץ הגדול, לעומת כמה חומר נוצר מתגובות מאוחרות יותר כשהיקום התפשט. תוצאה זו מרמזת על כמויות גדולות של החומר סביבנו שנוצרו מאוחר מהצפוי.

כדי להבין את התוצאות של ניסויי מתנגשים, על המדענים להפחית מהחלקיקים שנוצרו בתגובות המאוחרות יותר. רק אלו שנוצרו במרק התת-אטומי חושפים את התנאים המוקדמים של היקום. חישוב חדש זה מראה שמספר החלקיקים הנמדדים שנוצרים בתגובות גבוה בהרבה מהצפוי.

המשמעות של תגובות מאוחרות יותר בהיווצרות חלקיקים

בשנות ה-90, הפיזיקאים הבינו שחלקיקים מסוימים נוצרים במספרים משמעותיים מהתגובות המאוחרות לאחר שלב ההיווצרות הראשוני של היקום. חלקיקים הנקראים D mesons יכולים ליצור אינטראקציה כדי ליצור חלקיק נדיר, שרמוניום. למדענים לא הייתה הסכמה לגבי חשיבות ההשפעה. מכיוון שצ'רמוניום נדיר, קשה למדוד אותו.

עם זאת, ניסויים אחרונים מספקים נתונים על כמה מתנגשים שרמוניום ו-D מייצרים. פיזיקאים מ אוניברסיטת ייל ואוניברסיטת דיוק השתמשו בנתונים החדשים כדי לחשב את עוצמת האפקט הזה. מסתבר שזה הרבה יותר משמעותי מהצפוי. יותר מ-70% מהצ'רמוניום שנמדד יכול להיווצר בתגובות.

השלכות על הבנת מקורות החומר

כשהמרק החם של חלקיקים תת-אטומיים מתקרר, הוא מתרחב בכדור אש. כל זה קורה בפחות ממאה מהזמן שלוקח לאור לחצות אָטוֹם. מכיוון שזה כל כך מהיר, מדענים אינם בטוחים כיצד בדיוק כדור האש מתרחב.

החישוב החדש מראה שמדענים אינם צריכים לדעת באופן מוחלט את הפרטים של הרחבה זו. ההתנגשויות מייצרות כמות משמעותית של צ'רמוניום ללא קשר. התוצאה החדשה מקרבת את המדענים צעד אחד יותר להבנת מקורות החומר.

עבודה זו נתמכה על ידי משרד האנרגיה של משרד המדע, התוכנית לפיזיקה גרעינית. אחד החוקרים גם מודה על האירוח והתמיכה הכספית שניתנו במהלך שהות בשבתון באוניברסיטת ייל.