قوی‌ترین میدان مغناطیسی درون ماده هسته‌ای کشف شد

 یک همکاری بین‌المللی میان دانشمندانی که با داده‌های تولید شده در برخورد دهنده یون سنگین نسبیتی (RHIC) در آزمایشگاه ملی بروکهاون در ایالات متحده کار می‌کنند، قوی‌ترین میدان مغناطیسی شناخته شده را داخل ماده هسته‌ای پیدا کرده است.

این میدان به دلیل جریان الکتریکی القا شده در کوارک‌ها و گلوئون‌ها ایجاد می‌شود که پس از برخورد ذرات در برخورد دهنده آزاد می‌شوند.

ستاره‌های نوترونی، چگال‌ترین اجرام شناخته‌شده در جهان هستند که قوی‌ترین میدان‌های مغناطیسی را دارند که اندازه آن ۱۰۱۴ گاوس است. این در حالی است که میدان مغناطیسی اطراف سیاره ما که از ما در برابر تشعشعات کیهانی و ذرات ساطع شده از خورشید محافظت می‌کند، تنها ۰.۵ گاوس است.

دانشمندان مدت‌ها بر این باور بودند که برخورد هسته‌های اتمی سنگین مانند طلا می‌تواند میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی را ایجاد کند که پیش‌بینی می‌شود ۱۰۱۸ گاوس اندازه داشته باشند و احتمالاً آن را به قوی‌ترین میدان مغناطیسی در جهان ما تبدیل می‌کند.

با این حال، این میدان مغناطیسی برای مدت زیادی دوام نمی‌آورد و ظرف ۱۰ به توان منفی ۲۳ ثانیه از بین می‌رود که معادل ۱۰ میلیونم یک میلیاردم یک میلیاردم ثانیه است و مشاهده آن تقریبا غیرممکن است.

مشاهده غیرمستقیم

اگر یک میدان مغناطیسی وجود داشته باشد، مجبور است بر حرکت ذرات باردار تأثیر بگذارد و همچنین میدان‌های الکترومغناطیسی را القا کند.

آیهونگ تانگ فیزیکدان آزمایشگاه بروکهاون که در این پژوهش شرکت داشت، می‌گوید: ما می‌خواستیم ببینیم که آیا ذرات باردار تولید شده در برخورد‌های یون‌های سنگین به‌گونه‌ای منحرف می‌شوند که تنها با وجود میدان الکترومغناطیسی در ذرات کوچک QGP (کوارک‌ها و پلاسمای گلوئون‌ها) ایجاد شده در این برخورد‌های (یون سنگین) قابل توضیح است یا خیر.

سپس پژوهشگران از سیستم‌های آشکارساز پیچیده برای ردیابی حرکت جمعی ذرات باردار مختلف استفاده کردند. آن‌ها همچنین می‌خواستند اطمینان حاصل کنند که انحرافات ناشی از کوارک‌های باردار از مشاهداتشان کنار گذاشته شود. خوشبختانه، این کوارک‌های باردار الگویی در جهت مخالف ایجاد کردند که تشخیص این دو را آسان‌تر می‌کرد.

جالب توجه است که پژوهشگران این سیگنال‌ها را نه تنها در برخورد‌های هسته‌های سنگین مانند طلا با انرژی بالا، بلکه در برخورد هسته‌های کوچکتر مانند روتنیم-روتنیم و زیرکونیوم-زیرکونیوم با انرژی کم ۲۰۰ گیگاالکترون‌ولت (GeV) مشاهده کردند. این همچنین هنگامی مشاهده شد که هسته‌های طلا در انرژی ۲۷ گیگاالکترون‌ولت با هم برخورد کردند.

این کشف چگونه به ما کمک می‌کند؟

اکنون که دانشمندان القای فارادی (القای یک میدان الکترومغناطیسی توسط میدان‌های مغناطیسی) را در QGP مشاهده کرده‌اند، اکنون می‌توانند از آن برای بررسی رسانایی QGP استفاده کنند، کاری که قبلاً هیچ‌کس انجام نداده است. این اندازه‌گیری بسیار ساده است، زیرا انحراف ذرات با قدرت میدان مغناطیسی و رسانایی QGP نسبت مستقیم دارد.

دانستن خواص مغناطیسی و الکترومغناطیسی QGP همچنین می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا شرایطی را که در آن کوارک‌ها و گلوئون‌های آزاد به هم می‌پیوندند و هادرون‌ها (پروتون‌ها و نوترون‌هایی که هسته‌های اتمی را تشکیل می‌دهند)، تعیین کنند.

گانگ وانگ فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس از اعضای این تیم پژوهشی می‌گوید: ما می‌خواهیم «نمودار حالت هسته‌ای» را ترسیم کنیم که نشان دهد در چه دمایی کوارک‌ها و گلوئون‌ها را می‌توان آزاد در نظر گرفت و در چه دمایی «منجمد» می‌شوند تا تبدیل به هادرون شوند.

وی افزود: این ویژگی‌ها و برهمکنش‌های اساسی کوارک‌ها و گلوئون‌ها که با واسطه نیروی قوی انجام می‌شوند، تحت یک میدان الکترومغناطیسی شدید اصلاح خواهند شد. ما می‌توانیم این ویژگی‌های اساسی را در بُعد دیگری بررسی کنیم تا اطلاعات بیشتری در مورد این تعامل قوی ارائه کنیم.

یافته‌های این پژوهش در مجله Physical Review X منتشر شده است.

منبع: ایسنا