مفاجأة كونية: الحديد يتصرف بشكل مختلف ✎ سريع

الأصل: "Upturn observed in heavy nuclei to iron ratios by the ATIC-2 experiment"
arXiv:1303.6108 · 2013-03-25 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 1 دقيقة
في تدفق الجسيمات القادمة من الفضاء السحيق، تصرفت النوى الثقيلة بشكل غير متوقع.

في تدفق الجسيمات المشحونة القادمة إلينا من أعماق المجرة، تبين أن الحديد هو الخروف الأسود. جهاز ATIC-2، الذي رُفع على منطاد فوق القارة القطبية الجنوبية، قارن كيف تتغير نسبة النوى من الكبريت إلى الكروم بالنسبة للحديد مع تغير الطاقة. حتى طاقة حوالي 80 GeV لكل نوكليون، سار كل شيء كما في الكتاب المدرسي: كلما زادت الطاقة، قلّت النوى الثقيلة مقارنة بالحديد. ولكن فوق 100 GeV لكل نوكليون، انحرفت المنحنيات فجأة إلى الأعلى — وهذا ينطبق على جميع العناصر من الكبريت إلى الكروم.

النوكليون الواحد هو جسيم واحد في النواة: بروتون أو نيوترون. الطاقة البالغة 100 GeV لكل نوكليون تعني أن كل بروتون أو نيوترون في النواة يحمل طاقة تزيد مائة مرة عن كتلته الساكنة.

لم يقتصر الغرابة على النوى الثقيلة. ففي النوى الخفيفة الزوجية — الكربون والأكسجين والنيون والمغنيسيوم والسيليكون — وُجد أيضًا ارتفاع في النسبة إلى الحديد، لكنه أضعف. يتبين أن طيف الحديد يختلف عن أطياف النوى الزوجية الشائعة الأخرى. يبدو أن الحديد يأتي إلينا من مكان آخر أو يُولد في ظروف مختلفة.

حتى الآن، الواضح هو شيء واحد: المسرعات الكونية التي تسرّع الجسيمات إلى هذه الطاقات لا تعمل بنفس الطريقة لجميع العناصر. ربما تطلق انفجارات المستعرات العظمى أو غيرها من الكوارث الحديد والنوى الأخف بطرق مختلفة. أو ربما يحدث شيء ما للحديد في طريقه إلينا — على سبيل المثال، يصطدم بالغاز بين النجمي في كثير من الأحيان ويفقد الطاقة. الإجابة ستأتي من القياسات المستقبلية، لكن من الواضح الآن أن الحديد يحمل سرًا ما، وقد يغير حله تصورنا عن بنية المجرة.

الطاقة البالغة 100 GeV لكل نوكليون تعني أنه إذا تم تسريع كل بروتون في النواة إلى سرعة تزيد كتلته مائة مرة. هذه الجسيمات تصل إلينا من مصادر تبعد آلاف السنين الضوئية.

في رواية ستانيسلاف ليم «إيدن»، يواجه الأبطال حضارة تعلمت التحكم في تدفقات الجسيمات في الفضاء. ربما يومًا ما سنتعلم نحن أيضًا قراءة تاريخ المجرة من خلال تكوين الأشعة الكونية، كما نقرأ كتابًا.

العلماء
Enrico FermiErnest RutherfordMargaret BurbidgeJohannes RydbergWalter Baade
المفاهيم
يورانيوم أرغون كروم ثوريوم تيتانيوم كتلة النيوترون نسبة الوفرة الحديد كبريت كتلة البروتون فولاذ نواة ذرية مؤشر طيفي فلز أرضي نادر نواة الرصاص بروتون عملية r بيروفسكايت معدل التفاعل مغنيسيوم