در اولین میلیونیم ثانیه پس از انفجار بزرگ، جهان یک پلاسمای در حال چرخش و تریلیون درجه از کوارک ها و گلوئون ها بود –
ذرات بنیادی از ماده معمولی که قبل از سرد شدن و قرار گرفتن در پیکربندی های پایدارتر برای ساختن نوترون ها و پروتون ها، برای مدت کوتاهی در ترکیب های بی شماری با هم درخشیدند.
در هرج و مرج قبل از سرد شدن، کسری از این کوارک ها و گلوئون ها به طور تصادفی با هم برخورد می کنند و ذرات کوتاه مدت را تشکیل میدهند،که به دلیل ساختارهای اسرارآمیز و ناشناخته آنها "X" نامگذاری شده است. امروزه، ذرات X بسیار نادر هستند، اگرچه فیزیکدانان این نظریه را مطرح کرده‌اند که ممکن است در شتاب‌دهنده‌های ذرات از طریق ادغام کوارک ایجاد شوند، جایی که برخوردهای پرانرژی می‌توانند فلاش‌های مشابه پلاسمای کوارک-گلئون را ایجاد کنند.
اکنون فیزیکدانان آزمایشگاه علوم هسته‌ای MIT و جاهای دیگر شواهدی از ذرات X در پلاسمای کوارک گلوئون تولید شده در برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) در سرن، سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای، مستقر در نزدیکی ژنو، سوئیس، یافته‌اند.
این تیم از تکنیک‌های یادگیری ماشینی برای غربال کردن بیش از 13 میلیارد برخورد یونی سنگین استفاده کرد که هر کدام ده‌ها هزار ذره باردار را تولید کردند. در میان این سوپ ذرات فوق متراکم و پرانرژی، محققان توانستند حدود 100 ذره X را از نوع X (3872) که به دلیل جرم تخمینی ذره نامگذاری شده است، شناسایی کنند.
اولین باری است که محققان ذرات X را در پلاسمای کوارک گلوئون{ یک فاز در کرومودینامیک کوانتمی است که در دما ویا چگالی‌های بسیار بالا رخ می‌دهد. در این فاز ماده تقریباً فقط کوارک و گلوئون آزاد است که هر دو از بنیادی‌ترین ذرات سازنده ماده هستند. } شناسایی کردند – محیطی که امیدوارند ساختار هنوز ناشناخته ذرات را روشن کند.
ین-جی لی، نویسنده اصلی، دانشیار فیزیک در سال 1958، می گوید: «این تازه شروع داستان است. ما نشان داده‌ایم که می‌توانیم سیگنالی را پیدا کنیم. در چند سال آینده می‌خواهیم از پلاسمای کوارک گلوئون برای کاوش در ساختار درونی ذره X استفاده کنیم، که می‌تواند دیدگاه ما را نسبت به نوع ماده‌ای که جهان باید تولید کند تغییر دهد.
بلوک های سازنده اصلی ماده، نوترون و پروتون هستند که هر کدام از سه کوارک محکم به هم چسبیده ساخته شده اند.
لی می‌گوید: «سال‌ها فکر می‌کردیم که طبیعت بنا به دلایلی ذرات ساخته شده از دو یا سه کوارک را انتخاب کرده است.»
اخیراً فیزیکدانان شروع به دیدن نشانه‌هایی از «تترکوارک‌های» عجیب و غریب کرده‌اند ( ذراتی که از ترکیب نادر چهار کوارک ساخته شده‌اند). دانشمندان گمان می کنند که X (3872) یا یک تترا کوارک فشرده است یا یک نوع کاملاً جدید از مولکول است که نه از اتم بلکه از دو مزون به هم متصل شده است (ذرات زیراتمی که خودشان از دو کوارک ساخته شده اند.)
X (3872) اولین بار در سال 2003 توسط آزمایش Belle کشف شد، یک برخورد دهنده ذره ای در ژاپن که الکترون ها و پوزیترون های پرانرژی را با هم در هم می کوبد. با این حال، در این محیط، ذرات نادر خیلی سریع تجزیه می‌شوند که دانشمندان نمی‌توانند ساختار آنها را با جزئیات بررسی کنند. فرض شده است که X (3872) و دیگر ذرات عجیب و غریب ممکن است در پلاسمای کوارک-گلئون بهتر روشن شوند.
لی می‌گوید: «از نظر تئوری، کوارک‌ها و گلوئون‌های زیادی در پلاسما وجود دارند که باید تولید ذرات X را افزایش داد. اما مردم فکر می کردند که جستجوی آنها بسیار دشوار است زیرا ذرات بسیار دیگری در این سوپ کوارک تولید می شود.
در مطالعه جدید خود، لی و همکارانش به دنبال نشانه‌هایی از ذرات X در پلاسمای کوارک گلوئون بودند که در اثر برخورد یون‌های سنگین در برخورد دهنده بزرگ هادرون CERN ایجاد می‌شوند. آنها تجزیه و تحلیل خود را بر اساس مجموعه داده های LHC در سال 2018 انجام دادند که شامل بیش از 13 میلیارد برخورد یون سرب بود، که هر کدام کوارک ها و گلوئون ها را آزاد کردند که پراکنده و ادغام شدند و قبل از سرد شدن و فروپاشی بیش از یک چهار میلیارد ذره کوتاه مدت را تشکیل دادند.
لی می‌گوید: «پس از تشکیل و سرد شدن پلاسمای کوارک گلوئون، ذرات بسیار زیادی تولید می‌شوند که پس‌زمینه بسیار زیاد است. بنابراین ما باید این پس‌زمینه را کاهش می‌دادیم تا بتوانیم در نهایت ذرات X را در داده‌هایمان ببینیم.»
برای انجام این کار، این تیم از یک الگوریتم یادگیری ماشینی استفاده کردند که آنها آموزش دادند تا الگوهای فروپاشی مشخصه ذرات X را انتخاب کنند. بلافاصله پس از تشکیل ذرات در پلاسمای کوارک-گلوئون، آنها به سرعت به ذرات "دختری" تجزیه می شوند که دور می شوند. برای ذرات X، این الگوی فروپاشی، یا توزیع زاویه ای، از تمام ذرات دیگر متمایز است.
محققان به سرپرستی پسادکتر MIT، جینگ وانگ، متغیرهای کلیدی را شناسایی کردند که شکل الگوی فروپاشی ذرات X را توصیف می‌کنند. آنها یک الگوریتم یادگیری ماشینی را آموزش دادند تا این متغیرها را تشخیص دهد، سپس داده‌های واقعی آزمایش‌های برخورد LHC را به الگوریتم تغذیه کردند. این الگوریتم توانست مجموعه داده بسیار متراکم و پر سر و صدایی را غربال کند تا متغیرهای کلیدی را که احتمالاً در نتیجه تجزیه ذرات X بوده اند، انتخاب کند.
وانگ می‌گوید: «ما توانستیم پس‌زمینه را با دستورات بزرگی پایین بیاوریم تا سیگنال را ببینیم.
محققان بر روی سیگنال‌ها زوم کردند و یک اوج را در یک جرم خاص مشاهده کردند که نشان‌دهنده وجود ذرات X (3872) است که در مجموع حدود 100 ذره است.
لی، که همراه با وانگ چندین بررسی را برای تأیید مشاهدات آنها انجام داد، می‌گوید: «تقریباً غیرقابل تصور است که بتوانیم این 100 ذره را از این مجموعه داده عظیم کشف کنیم.
در یکی دو سال آینده، محققان قصد دارند داده‌های بسیار بیشتری را جمع‌آوری کنند، که به روشن شدن ساختار ذره X کمک می‌کند. اگر این ذره یک تتراکوارک با پیوند محکم باشد، باید کندتر از زمانی که یک مولکول با پیوند سست باشد، تجزیه می شود. اکنون که تیم نشان داده است که ذرات X را می توان در پلاسمای کوارک-گلئون شناسایی کرد، آنها قصد دارند این ذره را با پلاسمای کوارک-گلوئون با جزئیات بیشتری مورد بررسی قرار دهند تا ساختار ذره X را مشخص کنند.
لی می‌گوید: «در حال حاضر داده‌های ما با هر دو سازگار است، زیرا هنوز آمار کافی نداریم. در چند سال آینده، داده‌های بسیار بیشتری مصرف خواهیم کرد تا بتوانیم این دو سناریو را از هم جدا کنیم.» این امر دیدگاه ما را نسبت به انواع ذراتی که در جهان اولیه به وفور تولید شده‌اند، گسترش خواهد داد.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید