گروهی از دانشمندان اتریشی با استفاده از نظریه های ریسمان و کوانتوم میدانها نشان دادند که کاملترین و بی نقص ترین مایع، پلاسمای "کوارک- گلون" است که در برخورد دهنده بزرگ هادرون در سرن تولید می شود.

به گزارش خبرگزاری مهر، تجربه روزانه به ما می آموزد که مایعاتی چون عسل، آب یا بنزین از دیدگاه فیزیک به روشی متفاوت رفتار می کنند و به ویژه در فیزیک، برپایه سطح چسبندگی این مایعات، میزان سیال بودن آنها محاسبه می شود.

به طوریکه، سیالهای بسیار چسبناکی چون عسل غلیظ تر هستند و اصطحکاکهای داخلی قویتر را نشان می دهند، درحالی که در سایر مایعات، این سایشها کاهش می یابند تا جاییکه در مایعات کوانتومی چون هلیم فوق سیال که تا پیش از این به عنوان بی نقص ترین مایع شناخته می شد، سطح این چسبندگی بینهایت کم می شود.

حال این سئوال مطرح می شود که یک مایع چقدر می تواند سیال باشد؟ به بیانی ساده، یک مایع تا چه حد می تواند بدون سایش درونی باشد؟

در سال 2004، گروهی از فیزیکدانان نظری به منظور یافتن پاسخی برای این پرسش تائید کردند که نظریه کوانتوم یک محدوده پایین تر را برای چسبندگی سیالات ارائه می کند.

درحقیقت، این دانشمندان با استفاده از متدهای نظریه ریسمان موفق شدند پیش بینی کنند که ارتباط میان چسبندگی و غلظت انتروپی (افت) در پایین ترین حد ممکن برابر با h/4π است (در این معادله h ثابت پلانک است).

نظریه ریسمان"، یک نظریه در فاز توسعه است و تلاش می کند که مکانیک کوانتوم را با نسبیت عمومی تطبیق دهد و امیدوار است که بتواند تمام ویژگیهای لازم برای یک تئوری کامل را کسب کند.

این نظریه در ابتدا برای اثبات کامل نیروی هسته *ای قوی به وجود آمد ولی پس از مدتی با گسترش کرومودینامیک کوانتومی کنار گذاشته شد و در حدود سالهای 1980 بار دیگر برای اتحاد نیروی گرانشی و برطرف کردن ناهنجاریهای تئوری ابَر گرانش مورد استفاده قرار گرفت. بنا بر این نظریه، ماده در بنیادین* ترین حالت خود ذره نیست، بلکه همانند ریسمان است.

در سال 2005 یک سری از اندازه گیریهای جدید نشان داد که پلاسمای کوارک و گلون چسبندگی کمی بالاتر از این محدوده را نشان می دهند درحالی که فوق مایع هلیم بسیار بالاتر از این محدوده قرار دارد.

اکنون گروهی از دانشمندان پلی تکنیک وین به سرپرستی "دومنیک اشنایدر" و "آنتوان ربهان" در مقاله ای در نشریه علمی Physical Review Letters منتشر کردند توانستند این رکورد چسبندگی پایین را نه تنها در سطح تجربی، بلکه حتی در محدوده نظریه نیز بشکند.

چسبندگی یک پلاسمای کوارک و گلون را نمی توان مستقیماً محاسبه کرد. در حقیقت رفتار این ماده تا حدی پیچیده است که هم در سطح نظری و هم در سطح تجربی به سختی قابل مطالعه است.

"آنتوان ربهان" در این خصوص توضیح داد: "از طریق نظریه ریسمان و نظریه کوانتوم میدانها ویژه پلاسمای کوارک و گلون می توان به فیزیک سیاه چاله های در ابعاد عظیم متصل شد. بنابراین ما می توانیم معادلات نظریه ریسمان را حل کنیم و سپس نتایج آن را به فیزیک پلاسمای کوارک و گلونها تبدیل کنیم."

به گفته این فیزیکدان، حتی محدوده های پایین تر چسبندگی گذشته نیز به روش بسیار مشابهی محاسبه شده اند، اما در آن مدلها پلاسما به عنوان یک حالت نسبی و ایزوتروپی (همسانگردی) مورد ملاحظه قرار گرفته بود.

همسانگرد یا ایزوتروپ به خاصیتی اطلاق می شود که اندازه گیری آن در هر جهت فضایی به نتیجه ای یکسان منجر می شود.

"ربهان" افزود: "در واقع، پلاسمایی که از برخورد در یک شتابگر ذرات تولید شده در ابتدا ایزوتروپ (همسانگرد) نیست. به طوریکه، ذرات شتاب می گیرند در جهت به خصوصی به یکدیگر برخورد می کنند و پلاسمای حاصل برپایه جهتی که به آن نگاه می شود خواص متفاوتی را نشان می دهد."

فیزیکدانان وینی در معادلات خود روشی را برای توجیه این ناهمسانگردی اولیه یافتند و نشان دادند که به طور شگفت انگیزی در این مدل جدید، رکورد محدوده چسبندگی می تواند شکسته شود.

"دومنیک اشنایدر" در این باره گفت: "چسبندگی به پارامترهای فیزیکی مختلفی بستگی دارد اما می تواند پایین تر از ارزشی که در گذشته به عنوان پایین ترین محدوده مطلق برای چسبندگی شناخته می شد برسد."

آزمایشاتی که درحال حاضر با پلاسمای کوارک و گلونها در برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن ژنو انجام می شود می تواند فرصت مناسبی را برای تست این پیش بینی نظری جدید ارائه کند.

در صورت تائید این پیش بینی در آزمایشات تجربی می توان پلاسمای "گلون- کوارک" را به عنوان بی نقص ترین مایع معرفی کرد.


منبع: خبرگزاری مهر