یک همکاری بین‌المللی میان دانشمندان کاربران داده‌های برخورد دهنده یون سنگین نسبیتی (RHIC) در آزمایشگاه ملی بروک‌هاون ایالات متحده، منجر به کشف نیرومند‌ترین میدان مغناطیسی شناخته‌شده در بستر ماده هسته‌ای شده است.
این میدان مغناطیسی ناشی از جریان الک‌تریکی القا شده در کوارک‌ها و گلوئون‌هاست که پس از برخورد ذرات در دستگاه، آزاد می‌شوند. برای مقایسه، ستاره‌های نوترونی چگال‌ترین اجرام شناخته‌شده با می‌دان‌های مغناطیسی در مرتبه ۱۰ به توان ۱۴ گاوس شناخته می‌شوند، در حالی که میدان مغناطیسی زمین تنها ۰.۵ گاوس می‌باشد.
دانشمندان پیش از این پیش‌بینی می‌کردند که برخورد هسته‌های سنگین مانند طلا می‌تواند می‌دان‌هایی در مرتبه ۱۰ به توان ۱۸ گاوس تولید کند، اما عمر بسیار کوتاه این میدان — حدود ۱۰ به توان منفی ۲۳ ثانیه — رصد مستقیم آن را تقریبا غیر‌ممکن می‌سازد.
رصد غیر‌مستقیم از طریق اثر فارادی
آیهونگ تانگ، فیزیکدان آزمایشگاه بروک‌هاون، توضیح می‌دهد ما جستجوی کردیم که آیا ذرات باردار تولیدشده در برخورد‌های یون‌های سنگین، به‌طوری منحرف می‌شوند که تنها با وجود میدان الک‌ترومغناطیسی در پلاسمای کوارک-گلوئونی (QGP) قابل توجیه باشد. تیم پژوهشی با به‌کارگیری آشکارساز‌های پیشرفته، حرکت جمعی ذرات باردار گوناگون را ردیابی و انحرافات ناشی از کوارک‌های باردار را تفکیک نمودند؛ خوشبختانه این کوارک‌ها الگویی در جهت ناموافق شکل دادند که تفکیک را آسان‌تر کرد.
این سیگنال‌ها نه تنها در برخورد‌های طلا-طلا با انرژی بالا، بلکه در برخورد‌های هسته‌های سبک‌تر همچون روتنیم-روتنیم و زیرکونیوم-زیرکونیوم در انرژی ۲۰۰ گیگاالک‌ترون‌ولت، و همچنین طلا-طلا در انرژی ۲۷ گیگاالک‌ترون‌ولت مشاهده شدند.
کاربرد در ترسیم نمودار فاز هسته‌ای
اکنون که القای فارادی در QGP تایید شده، محققان می‌توانند از آن برای سنجش رسانایی الک‌تریکی این حالت ماده بهره ببرند؛ اندازه‌گیری‌ای که تا پیش از این امکان‌پذیر نبود. انحراف ذرات با شدت میدان مغناطیسی و رسانایی QGP در رابطه مستقیم است.
دانستن ویژگی‌های مغناطیسی و الک‌ترومغناطیسی QGP به درک شرایط پیوستن کوارک‌ها و گلوئون‌های آزاد و شکل‌گیری هادرون‌ها (پروتون و نوترون) کمک می‌کند. گانگ وانگ، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس، می‌گوید هدف ما ترسیم نمودار فاز هسته‌ای است که دمای آزادی کوارک‌ها و گلوئون‌ها و دمای منجمد شدن آن‌ها به هادرون‌ها را نشان دهد. این ویژگی‌های بنیادین تحت تأثیر میدان الک‌ترومغناطیسی شدید اصلاح می‌شوند و ما می‌توانیم آن‌ها را در بعدی جدید بررسی کنیم تا اطلاعات بیش‌تری از برهم‌کنش قوی به دست آوریم.
یافته‌های این پژوهش در مجله فیزیکال ریویو ایکس منتشر شده است.
