นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าอวกาศ เวลา สสารและการแผ่รังสีทั้งหมดในเอกภพก่อตัวขึ้นในช่วงบิกแบงเมื่อราว 1.5 หมื่นล้านปีที่แล้ว ความท้าทายที่สำคัญในฟิสิกส์และดาราศาสตร์ บางทีอาจเป็นความท้าทายขั้นสูงสุด คือการทำความเข้าใจว่าเอกภพที่เราอาศัยอยู่ทุกวันนี้วิวัฒนาการมาจากลูกไฟของจักรวาลที่สร้างขึ้นในบิกแบงได้อย่างไร เมื่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกฎของฟิสิกส์ดีขึ้น
เราก็สามารถ
ย้อนเวลากลับไปและไขปริศนาโครงสร้างของเอกภพยุคแรกและวิวัฒนาการที่ตามมาได้ สสารจำนวนมากที่เราเห็นในเอกภพทุกวันนี้พบได้ในนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งถูกจำกัดอยู่ภายในนิวตรอนและโปรตอน เรารู้ว่านิวตรอนและโปรตอนเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่าควาร์ก
นิวตรอนประกอบด้วยควาร์ก “ลง” สองตัวและควาร์ก “ขึ้น” หนึ่งตัว ในขณะที่โปรตอนประกอบด้วยควาร์กขึ้นสองตัวและควาร์กลงหนึ่งตัว เนื่องจากอัพควาร์ก (u) มีประจุ 2 e /3 โดยที่ eเป็นประจุของอิเล็กตรอน และดาวน์ควาร์ก (d) มีประจุเป็น – e /3 นิวตรอนจึงเป็นกลางและโปรตอนจึงมีประจุเป็นบวก ค่าใช้จ่าย.
ควาร์กมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันผ่านแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งส่งผ่านโดยอนุภาคที่ไม่มีประจุซึ่งเรียกว่ากลูออน มันคือแรงที่ยึดควาร์กไว้ด้วยกันในนิวตรอน โปรตอน และฮาดรอนอื่นๆ (ชื่อรวมของอนุภาคที่มีควาร์ก) ควาร์กที่หนักกว่า สิ่งที่เรียกว่าควาร์กที่แปลกประหลาด เสน่ห์ ความงาม และท็อปควาร์ก
ก็มีอยู่ในเอกภพยุคแรกเช่นกัน อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่เรื่องราวทั้งหมดเนื่องจากอนุภาคของสสารทุกตัวมีปฏิอนุภาคที่มีมวลเท่ากันและมีประจุตรงกันข้าม เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าสสารและปฏิสสารในบิกแบงมีปริมาณเกือบเท่าๆ กัน และปฏิสสารส่วนใหญ่หากไม่ใช่ทั้งหมดก็ถูกทำลายล้างไปพร้อมกับ
สสารเมื่อเอกภพเย็นลงและขยายตัว การทำลายล้างนี้เริ่มต้นประมาณ 40 ไมโครวินาทีหลังจากบิ๊กแบง
มีเพียงเศษเสี้ยวเล็กๆ ของสสารนี้ที่รอดชีวิตมาสร้างเอกภพทางวัตถุที่เราเห็นรอบตัวเราทุกวันนี้ การทำความเข้าใจที่มาของความไม่สมดุลเล็กน้อยแต่สำคัญอย่างยิ่งระหว่างสสารและปฏิสสาร
และการทำ
ความเข้าใจสาเหตุที่จักรวาลถูกครอบงำโดยสสาร เป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับนักฟิสิกส์ ความท้าทายที่สำคัญอีกประการหนึ่งและเป็นหัวข้อของบทความนี้ คือการทำความเข้าใจว่าสสารควาร์ก-กลูออนที่รอดชีวิตจากเอกภพในยุคแรกเริ่มถูกจำกัดอยู่ภายในนิวตรอนและโปรตอนได้อย่างไร
จักรวาลควาร์กไม่เคยมีการสังเกตควาร์กและแอนติควาร์กแต่ละตัวในการทดลอง ควาร์กและแอนติควาร์กมักจะจับกันเป็นกลุ่มสามกลุ่มในแบริออน (เช่น โปรตอนและนิวตรอน) หรือแอนติแบริออน (เช่น แอนติโปรตอนและแอนตินิวตรอน) หรือในคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กที่จับกันเรียกว่ามีซอน อย่างไรก็ตาม
ควาร์กที่ “อิสระ” จะต้องมีอยู่ในสภาวะสุดขั้วของเอกภพยุคแรกเริ่ม จนถึงประมาณ 40 ไมโครวินาทีหลังบิกแบง ตามทฤษฎีแล้ว เอกภพประกอบด้วยก๊าซร้อนจัดของฟรีควาร์ก แอนติควาร์ก และกลูออน ก๊าซนี้เรียกว่า “ควาร์ก-กลูออนพลาสมา”อุณหภูมิในพลาสมานี้สูงเกิน 2.5 x 10 12เคลวิน ร้อนกว่าแกนกลาง
ของดวงอาทิตย์ประมาณ 150,000 เท่า เราไม่รู้ว่าควาร์กเป็นมูลฐานจริงหรือไม่ แต่ถ้าเป็นเช่นนั้น พลาสมาของควาร์ก-กลูออนในเอกภพยุคแรกน่าจะก่อตัวขึ้นโดยตรงในบิกแบง เมื่อเอกภพเย็นลง ควาร์กและแอนติควาร์กจะ “แข็งตัว” เป็นฮาดรอน เพื่อทำความเข้าใจว่าควาร์กถูกจำกัดอยู่ภายในโปรตอน
ข้อเท็จจริงที่ว่าไม่เคยพบควาร์กแม้แต่ตัวเดียวในการทดลองทำให้นักฟิสิกส์งงงวยมาหลายปี การกักควาร์กไว้ภายในปริมาตรที่น้อย เช่น ภายในนิวตรอนหรือโปรตอน ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานเพราะควาร์กที่เบาขึ้นและลงต้องการครอบครองปริมาณที่มากกว่ามาก สิ่งนี้ทำให้มวลของโปรตอน
เช่น หนักกว่ามวลรวมของควาร์กสามตัวภายในประมาณ 50-200 เท่า (โปรตอนมีมวล 1.67 x 10 -27กก. = 0.938 GeV c -2ในขณะที่มวลของอัพควาร์กสองตัวที่แยกได้และควาร์กล่างจะมีค่าเพียง 0.005-0.02 GeV c -2.) แท้จริงแล้ว มวลเฉื่อยส่วนใหญ่ของโปรตอนและนิวตรอน และจากสสารเกือบทั้งหมด
รอบตัวเรา
มีต้นกำเนิดมาจากการกักกันของควาร์ก มากกว่ามวลเฉื่อยของพวกมัน (ดูเดวีส์และคอลลินส์ในการอ่านเพิ่มเติม)นักทฤษฎีสันนิษฐานว่าควาร์กถูกกักขังอย่างถาวรในนิวคลีออนโดยความผันผวนทางควอนตัมที่ซับซ้อนของสุญญากาศ ในพื้นที่กาล-อวกาศที่โครงสร้างสุญญากาศเสมือนจริงนี้ “สลายตัว”
นิวคลีออนและสสารนิวเคลียร์อย่างที่เราทราบกันดีว่ามันจะหยุดดำรงอยู่ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ พลาสมาของควาร์ก-กลูออน ซึ่งเป็นสถานะของสสารที่มีอยู่ในเอกภพยุคแรกจะก่อตัวขึ้นนักฟิสิกส์กำลังเข้าใกล้เป้าหมายนี้มากขึ้นในห้องแล็บ เส้นทางที่เสนอเพื่อผลิตควาร์กอิสระในห้องปฏิบัติการคือให้เกินอุณหภูมิ
ที่ควบคุมจักรวาล 40 ไมโครวินาทีหลังจากกำเนิด การชนกันระหว่างอนุภาคมูลฐานไม่สามารถทำได้เนื่องจากไม่สามารถบรรจุพลังงานได้เพียงพอในปริมาตรที่มากพอ ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่สามารถสร้างลูกไฟขนาดมหึมาซึ่งควาร์กสามารถเดินเตร่ได้อย่างอิสระ เราจำเป็นต้องชนนิวเคลียสของอะตอม
ขนาดใหญ่และเพื่อให้นิวคลีออนภายในนิวเคลียสเหล่านี้ไถเข้าหากัน เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานที่ขังอยู่ภายในลูกไฟ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น อนุภาคจะเกิดการชนกันหลายครั้ง และด้วยเหตุนี้จึงเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อน ดังที่เกิดขึ้นในเอกภพยุคแรกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
นักฟิสิกส์ได้ชนกันของนิวเคลียสที่ใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้นในการทดลอง และสามารถบรรลุถึงสภาวะที่เกิดขึ้นหลังจากบิกแบงได้ไม่นาน (รูปที่ 1) เมื่อต้นปีนี้ นักวิจัยที่ CERN ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ของอนุภาคแห่งยุโรปในเจนีวา ได้ประเมินผลจากการทดลอง 7 ครั้ง ซึ่งรวมถึงการทดลอง
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
