חומר ראשוןׁ

 

אלה תולדות השמים והארץ

בהיבראם ביום עשות ה'

אלוהים ארץ ושמים.

בראשית ב' 4

 

ניסוי שמבצעים 460 פיסיקאים, מ-57 מכוני מחקר הפועלים ב-12 מדינות, העלה באחרונה רמז ברור, כי המדענים הצליחו לשחזר את החומר הבראשיתי, הקרוי "פלסמת קווארק-גלואון", שנוצר מיד לאחר המפץ הגדול, ואשר בהמשך היווה את המקור להיווצרות החומר כפי שאנו מכירים אותו היום. הניסוי, המכונה "פניקס", מתבצע במעבדה האמריקאית הלאומית ברוקהייבן שבלונג-איילנד, ניו יורק, ומשתתפים בו פיסיקאים מברזיל, סין, צרפת, גרמניה, הונגריה, הודו, ישראל, יפן, קוריאה הדרומית, רוסיה, שבדיה וארצות הברית. בראש הקבוצה הישראלית המשתתפת בפרויקט עומד פרופ' יצחק צרויה, ראש המחלקה לפיסיקה של חלקיקים במכון ויצמן למדע. פרופ' צרויה וחברי קבוצת המחקר שלו תכננו ובנו גלאי חלקיקים מיוחדים, המהוויםחלק חיוני של מערך הגלאים בניסוי "פניקס".

 

במיליונית השנייה הראשונה לאחר המפץ הגדול עוד לא היו ביקום אטומים של חומרים שונים, כפי שהם מוכרים לנו כיום. למעשה, באותה עת עדיין לא "נולדו" גם הפרוטונים והניטרונים. סילוני החומר הלוהט שהתפשטו לכל עבר בשברירי השנייה הראשונים לקיומו של היקום הכילו תערובת נדירה של קווארקים וגלואונים חופשיים (המכונה "פלסמת קווארק-גלואון"). מאוחר יותר, כשהיקום התקרר מעט והצפיפות בו פחתה, "התארגנו" הקווארקים והגלואונים בשילובים שונים שיצרו חלקיקים מורכבים יותר, דוגמת פרוטונים וניטרונים. מאז, למעשה, לא נראו עוד ביקום קווארקים וגלואונים חופשיים. מדענים שמבקשים לחקור את תכונותיה הפיסיקליות הייחודיות של פלסמת קווארק-גלואון מנסים, אפוא, לשחזר את תערובת החומר הקדומה הזאת באמצעות מאיץ חלקיקים שנבנה במיוחד למטרה זו, הקרוי CHIR, במעבדה הלאומית ברוקהייבן שבלונג איילנד, ניו יורק. מאיץ מיוחד זה יוצר שתי אלומות של יוני זהב, מאיץ אותן זו כנגד זו, וגורם להתנגשות חזיתית ביניהן. מעוצמת ההתנגשות (כ40- טריליון אלקטרון-וולט) הופך חלק מאנרגיית התנועה של אלומות יוני הזהב לחום, ואילו חלק אחר של אנרגיית התנועה הופך לחלקיקי חומר שונים (תהליך שמתואר בנוסחת שוויון החומר והאנרגיה המפורסמת של אלברט איינשטיין:  E = mc2). השלב הראשון בהיווצרות החלקיקים החדשים מתוך אנרגיית התנועה שלאלומות יוני הזהב, ממש כמו השלב הראשון בהיווצרות החומר במפץ הגדול, אמור להיות שלב קיומה של פלסמת קווארק-גלואון.

 

אחת הדרכים לזיהוי פלסמת קווארק-גלואון מבוססת על מעקב אחר התנהגותם של סילוני חומר החודרים לתוכה. כאשר קווארק בודד חודר לחומר רגיל (המכיל פרוטונים וניטרונים), הוא פולט קרינה המאטה את התקדמותו במידה מסוימת. לעומת זאת, שיעור ההאטה של אותו סילון, כאשר הוא חודר לחומר שמצוי בתצורת פלסמת קווארק-גלואון, יהיה גדול הרבה יותר (כלומר, הוא יאט במידה רבה יותר). זו בדיוק התופעה שנצפתה ונותחה באחרונה בניסוי "פניקס" שמבוצע במעבדת ברוקהייבן. ממצאים אלה, אומרים הפיסיקאים המבצעים את הניסוי, הם בבחינת רמז ממשי כי עלה בידיהם לשחזר את השלב הראשון בהיווצרות החומר ביקום הקרוי "פלסמת קווארק-גלואון". 

 

הגלאים שתכנן ובנה פרופ' צרויה מסוגלים לספק מידע תלת-ממדי בלתי תלוי על מיקומיהם של החלקיקים הניתזים מאזור ההתנגשות. על פי כיווניהם, האנרגיה שלהם וזהותם של החלקיקים האלה, אפשר ללמוד על מצב החומר באזור ההתנגשות. בצוות הפיתוח והייצור של הגלאים הייחודיים האלה השתתפו, בנוסף לפרופ' צרויה, גם פרופ' זאב פרנקל, ד"ר איליה רבינוביץ, החוקר הבתר-דוקטוריאלי ווי שי (מסין), ותלמידי המחקר אלכסנדר קוזלוב, אלכסנדר מילוב, ואלכסנדר צ'רלין, כולם מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים במכון ויצמן למדע.