أعلنت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) أن مصادم الهادرونات الكبير اكتشف أربعة جسيمات جديدة، لكن ما الذي تغير؟ منذ أن تم تفعيل المسرع لأول مرة في عام 2009، تم اكتشاف 59 جسيما جديدا، بما في ذلك بوزون هيغز الشهير الذي تم اكتشافه في عام 2012. وعلى الرغم من أن معظم الجسيمات الجديدة تم اكتشافها وفقا للتوقعات، إلا أن بعضها كان مفاجئا بشكل خاص
الهدف النهائي لمحور التسريع هو دراسة الفيزياء على مسافات قصيرة للغاية. المسرع قادر على تركيز كمية كبيرة من الطاقة لدراسة النموذج القياسي، وهو النموذج الذي يتضمن قوانين الطبيعة لجميع قوى وجسيمات المادة. ومن النجاحات الشهيرة للمسرع بالطبع اكتشاف بوزون هيغز الذي يعطي جسيمات المادة صمامها تحت آلية "الكسر التلقائي للتماثل". ومع كل النجاحات، لا تزال هناك علامات استفهام كثيرة.
أحد الألغاز الشهيرة (أيضًا بين علماء الرياضيات) هو "لغز الحبس" الذي ينبع من القوة الشديدة، القوة التي تربط جزيئات المادة التي تخلق الهادرونات في الطبيعة. لفهم "لغز السجن" سنشرح أولاً ما هي الهادرونات ومما تتكون. الحجادة الأساسية للهادرون هي جسيم مكون من الكواركات. تم اكتشاف ستة كواركات في الطبيعة، وتتميز على أساس التكافؤ والشحنة الكهربائية التي تحملها. في معظم الأحيان، الكواركات الثقيلة نادرة جدًا، وبالتالي تكثر الطبيعة بشكل رئيسي في الكواركات الخفيفة - "أعلى" و"أسفل". تقوم تلك الكواركات ببناء الجسيمات النووية في الذرة، أي البروتونات والنيوترونات، وهي تنتمي إلى فئة فرعية من عائلة الهادرونات تسمى "الباريونات". يتكون الباريون من ثلاثة كواركات ملتصقة ببعضها البعض بمساعدة القوة الشديدة التي يتوسطها الغلوون (جسيم يحمل القوة يشبه الفوتون). على سبيل المثال، يتكون البروتون من كواركين علويين وكوارك سفلي واحد. إن البنية المعقدة لجسيمات الطبيعة تدفع علماء الفيزياء إلى التساؤل عن كيفية إصابة الغلونات للكواركات في عالم ثلاثي الأبعاد؟ يُعرف هذا السؤال باسم "لغز الحبس" لأنه يشير إلى حبس الكواركات عن طريق الغلوونات (أو القوة الشديدة). لا تفهموني خطأ، يمكن للكمبيوتر أن يُظهر ذلك بوضوح تام، لكننا لا نملك الأدوات الرياضية لإثبات وجود الحبس.
حصر الكواركات
ويأتي الحبس في الواقع من السلوك المعاكس للقوة الشديدة على عكس القوى الأولية الأخرى في الطبيعة. وعلى عكس القوة الكهرومغناطيسية، فإن القوة الشديدة تشتد عندما تتحرك الجزيئات بعيدًا عن بعضها البعض. نعلم جميعًا مثل هذه القوة من الحياة اليومية، ويعتبر الزنبرك أو الشريط المطاطي مثالًا ممتازًا على ذلك. تزداد القوة التي يمارسها الزنبرك مع تمدد الزنبرك أو تقلصه. وعلى الرغم من الاختلافات، لا يمكن تجاهل خطوط الظل بين القوة الكهربائية والقوة الشديدة. نعلم جميعًا أن الشحنات الكهربائية المتضادة تتجاذب، وأن الشحنات المتشابهة تتنافر. يمكن للديناميكيات بين الشحنات أن تخلق مناطق محلية بدون شحن، تمامًا مثل الذرة. على غرار القوة الكهربائية، تجذب القوة القوية الكواركات نحو بعضها البعض بحيث يتم إعادة ضبط الشحنة "اللونية". اللون ليس له معنى مادي، لكنه منطقي. عندما تم اكتشاف الكواركات، لاحظ الفيزيائيون أنها تظهر في ثلاثة توائم. ومن المعروف في علم البصريات أن الضوء الأزرق والأحمر والأخضر معًا يخلق مظهر الضوء الأبيض. يبدو أن الثلاثي "ألغى" لون الضوء. وقياسًا على الضوء، فإن الشحنة بالنسبة للقوة الشديدة هي "الأحمر" و"الأزرق" و"الأخضر". ولإعادة ضبط الشحنة القوية، تميل الغلوونات إلى الجمع بين ثلاثة توائم من الكواركات. ونتيجة لذلك، فإن الهادرون الناتج له شحنة "بيضاء"، مما يعني أنه ليس لديه شحنة بالنسبة للقوة الشديدة.
بجانب الباريونات، هناك "الميزونات" التي تتكون من الكواركات والكواركات المضادة. يمتلك الكوارك المضاد كتلة مماثلة لنظيره من الكواركات، لكن لديه شحنات كهربائية قوية ومعاكسة (اللون الأحمر، على سبيل المثال، لديه شحنة مضادة للأحمر تكمل معًا اللون الأبيض). ولذلك، فإن الطعام يفتقر أيضًا إلى شحنة قوية. إذا تمكنا من سحب كوارك من الهادرون، فإن الطاقة المستهلكة لإزالته ستكون كبيرة بما يكفي لإثارة حقول الكوارك وتكوين كوارك وكوارك مضاد من الفراغ. الكوارك الناتج من عملية التمزيق سوف يتحد مع الهادرون والكوارك المضاد سوف يتحد مع الكوارك المستخرج لتكوين الغذاء.
جزيئات "سحرية" جديدة
כשהקווארקים התגלו לראשונה, פיזיקאים הבינו שקיימים מספר בודד של שילובים אפשריים בטבע – מזונים (קווארק ואנטי קווארק), באריונים (שלושה קווארקים), אנטי באריונים (שלשה של אנטי קווארקים), טטראקווארק (שני קווארקים ושני אנטי קווארקים) ופנטאקוורק (רביעיית קווארקים ואנטי קווארק واحد). لا بد أن القارئ المتعمق قد لاحظ أن قاعدة التكامل الفيزيائي هي أن عدد الكواركات ناقص عدد الكواركات المضادة يجب أن يكون مضاعفًا للثلاثة (أو ببساطة صفرًا). تعامل الفيزيائيون مع معظمها على أنها مجموعات نظرية، وعمليًا كانت الهادرونات التي تمت محاكاتها في المسرعات مجرد باريونات وميزونات.
مؤخرا فقط في عام 2003 تم اكتشافه في اليابان جسيمات ليست مغذيات أو باريونات. ولخص الباحثون اليابانيون نتائج الدراسة بالادعاء بأن الجسيمات المكتشفة هي رباعي كواركات. وجاء الاكتشاف المهم الآخر في عام 2015 عندما أعلن مسرع بيسارن عن اكتشاف اثنين من الخماسي كواركات. والآن الجسيمات الأربعة أكتشف مؤخرا وهي رباعيات الكواركات تتكون، من بين أمور أخرى، من زوج من الكواركات "السحرية".
إذا قمت بجمع عدد الجسيمات المكتشفة في المحور، فستحصل على 59 جسيمًا. وتشمل هذه، من بين أمور أخرى، رباعيات الكواركات الجديدة، ولكن بالطبع أيضًا الميزونات والباريونات التي تم اكتشافها بفضل معجل الهادرونات. الهادرونات هي جسيمات رائعة تستحق الدراسة لأنها تكشف عن كيفية ربط الطبيعة للكواركات معًا. إن مراجعة الهادرونات التي تم إنشاؤها في المسرع يمكن أن تخبر الفيزيائيين عن الهادرونات التي "تفضلها" الطبيعة بشكل أقل، أي ما هي الهادرونات التي لا يتم إنشاؤها بسهولة ولماذا. سؤال آخر يطرح غالبًا هو لماذا تحتوي جميع رباعيات الكواركات تقريبًا على كوارك سحري واحد على الأقل؟ ولم يتم العثور حتى الآن على تفسير مرض لذلك. الباحثون في سارن لديهم فضول أيضًا لفهم ما إذا كانت الهادرونات الأثقل والأندر مرتبطة كقطعة واحدة مثل الباريونات والميزونات أو ما إذا كانت الرابطة بين الكواركات فضفاضة، على غرار الجزيئات في الطبيعة.
هذه الأسئلة وغيرها تساعد العلماء في جميع أنحاء العالم على فهم طبيعة القوة الشديدة وبالتالي استكمال اللغز نحو "توراة كل شيء"، التي يمكنها في المستقبل وصف جميع القوى في الطبيعة على كل مقياس من مستويات الطاقة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 7
جواب اللغز هو الانتقاء الطبيعي، وهو قانون يشمل الإنسان أيضاً، وبالتالي لن يتمكن الإنسان أبداً من فهمه، مثل الطماطم التي تحاول أن تفهم أنها طماطم وماذا يعني ذلك، لن تنجح أبداً.
رجل حر - بالتأكيد لا. كان معظم التقدم في فيزياء الجسيمات في النصف الثاني من القرن العشرين (بعد وفاة أينشتاين وبور)، وقد لعبت مسرعات الجسيمات التي تم بناؤها آنذاك دورًا كبيرًا في هذا التقدم.
لأن النظرية السائدة خاطئة. على غرار بنية بطليموس للكون. أصبح العلماء الكرادلة. ويرفضون الاعتراف بما هو واضح للعين "لأنه واضح أنك مخطئ حتى لو لم أعرف ما هو خطأك".
شكرا على المقال، شرح كبير. يذكرني بالكتاب الثاني لمسألة الأجسام الثلاثة، من لم يقرأه، فهذا هو الوقت المناسب.
1
لن تكون هناك نهاية لاكتشاف الجسيمات. كلما قمت بقصف الجسيمات التي اكتشفتها ذات مرة بطاقة أعلى، كلما انقسمت إلى المزيد من الجزيئات. هذه العملية متناهية الصغر. والسبب هو أن المادة هي شيء ندركه بحواسنا وبأجهزة قياسنا التي هي الذراع الطويلة لحواسنا لأنه في النهاية كل شيء يترجم إلى بيانات تدركها إحدى حواسنا وتعطيها معنى وفي هذه الحالة نسميها إنها جسيمات أو مادة ويبدو أنها ملموسة بالنسبة لنا وهي محقة في ذلك. لكن المادة هي في الحقيقة طاقة بكثافات مختلفة ولا شيء غير ذلك.
الغاز الكامل في الوضع المحايد هو ما يفعلونه هناك. حرق المليارات على شبكة فراشة كونية بحجم صفر.
لم تتقدم الفيزياء على الإطلاق في المائة عام الماضية. كل هذه المعززات لم تتقدم التوراة. لقد كنا في نفس المكان تقريبًا منذ أينشتاين وبور. يجب عليك التخلص من هذه المسرعات والبدء في التفكير فيما يجب القيام به، لأن العلم لن يذهب إلى أي مكان.