הכי חם שיש

מיקרו-שניות בודדות אחרי המפץ הגדול התמלא היקום בפלסמה - מעין מרק חם של חלקיקים יסודיים הקרויים קוורקים וגלואונים. כמה חמים, בדיוק, היו החלקיקים האלה? מדענים העוסקים בשיחזור החומר הבראשיתי סבורים, כי מצאו את התשובה: ארבעה טריליון מעלות צלזיוס או יותר - בערך פי 250,000 מהטמפרטורה במרכז השמש - החום הגבוה ביותר שנוצר אי-פעם במעבדה.

 

בשנת 2005 הצליחה לראשונה קבוצה בין-לאומית של מדענים, שעבדה במאיץ היונים הכבדים (RHIC - Relativistic Heavy Ion Collider) במעבדה הלאומית ברוקהייבן שבניו-יורק, ליצור פלסמת קווארק-גלואון כמו זו שמניחים כי התקיימה בראשית קיומו של היקום. פרופ' יצחק צרויה, מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע, היה חבר בצוות שעבד בגלאי "פניקס" שבמאיץ. באמצעות גלאי זה - שחלקים ממנו פותחו ונבנו במכון ויצמן למדע - זוהו עדויות להשתחררות קוורקים וגלואונים למשך פרק זמן קצר מפרוטונים ומניטרונים שמקורם באטומי זהב. אטומים אלה משוגרים במהירויות גבוהות, מתנגשים אלה באלה, ונקרעים לרסיסים. תוצאות הניסוי הפתיעו את המדענים: הם סברו שהפלסמה תהיה דומה לגז, אבל פלסמת הקווארק-גלואון שנוצרה במאיץ התנהגה דווקא כנוזל מושלם - נוזל שבו החלקיקים משפיעים בעוצמה רבה זה על זה, וזורמים כמעט ללא התנגדות או צמיגות.

 

המאמץ לקבוע את הטמפרטורה של פלסמת הקווארק-גלואון הפך לאתגר שההתמודדות אתו דרשה כמה שנים טובות של עבודה. "כל גוף חם פולט חלקיקי אור, כלומר פוטונים", אומר פרופ' צרויה. "לכן,  אפשר למדוד את טמפרטורת הקוורקים והגלואונים באמצעות הפוטונים שרשמנו. לרוע המזל, פוטונים נפלטים גם מדברים אחרים במהלך ההתנגשויות, והיינו צריכים להחסיר מהתוצאות שלנו את כל הפוטונים ממקורות אחרים. הדבר דרש שליטה מלאה בכל מקורות הרקע לפוטונים במהלך המדידות". ארבעה טריליון מעלות הן טמפרטורה גבוהה די והותר כדי לקרוע את הפרוטונים הניטרונים המצויים בגרעיני אטומי הזהב. המדענים סבורים כי מחוץ למעבדה, טמפרטורות גבוהות כאלה לא נראו ביקום מאז שבריר השנייה הראשון לקיומו. ברגע שאחריו התחיל היקום להתקרר, והקוורקים והגלואונים התאחדו כדי ליצור פרוטונים וניטרונים - אבני היסוד של כל החומרים שאנו מכירים היום.

 

מדעני הצוות במכון ויצמן למדע, שכלל את פרופ' צרויה, ד"ר אלכסנדר מילוב, ד"ר איליה רבינוביץ ועמיתים נוספים, פיתחו ובנו גלאי חדש לפניקס - "גלאי עיוור להדרונים" (Hadron Blind Detector) - שעשוי לספק תוצאות מדויקות יותר. הגלאי הזה "עיוור" לחלקיקים בעלי מסה גבוהה יחסית (הדרונים), אך הוא מזהה את האלקטרונים הקלים יותר, שנפלטים בחום הקיצוני של פלסמת הקוורק-גלואון יחד עם החלקיקים ההפוכים להם, הפוזיטרונים. הגלאי הזה יאפשר למדוד זוגות של אלקטרון-פוזיטרון (שהם פוטונים וירטואליים), תוך הפחתה משמעותית של הפרעות רקע. הגלאי העיוור מופעל זו השנה השנייה, והמדידות המדויקות  שלו - שמטרתן למדוד את הטמפרטורה ותכונות נוספות של החומר הבראשיתי ביקום - הוגדרו כעדיפות ראשונה על-ידי הוועדה המייעצת של המעבדה בברוקהייבן.