تغطية شاملة

وجود جسيم هيجز

لماذا تم بناء معجل الجسيمات؟ ما هو جسيم هيغز؟ وفيما يلي شرح للخطوة التالية في طريق فهم أسرار الكون

منتج تصادم في تجربة أطلس قد يكون جسيم هيغز. الشكل: تجربة الأطلس في CERN؛ ديسمبر 2012
منتج تصادم في تجربة أطلس قد يكون جسيم هيغز. الشكل: تجربة الأطلس في CERN؛ ديسمبر 2012

يائير هاكافي | جاليليو

لقد أخطأ الفيزيائيون في جميع أنحاء العالم في الرابع من يوليو. أقيمت إحدى أهم الندوات العلمية للجيل في مركز أبحاث سيرن في جنيف. وفي الندوة اعتلى رؤساء مجموعتين في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (سيرن - المركز الأوروبي للأبحاث النووية) المنصة وأعلنوا أنهم اكتشفوا (كل مجموعة على حدة، دون معرفة النتائج التي توصلت إليها المجموعة الأخرى) جسيما جديدا.

بالفعل في الستينيات، عندما تم بناء نظرية الجسيمات الأولية (المعروفة باسم "النموذج القياسي")، تم التنبؤ بوجود جسيم من نوع البوزون من قبل الفيزيائي بيتر هيجز وآخرين. ومنذ ذلك الحين أصبح الجسيم معروفًا باسم "بوزون هيغز". وحتى انعقاد الندوة في سارن، كان الجسيم الوحيد في النموذج القياسي الذي لم يتم اكتشافه في التجارب. يلعب جسيم هيغز دورًا رئيسيًا في النموذج، لأنه مسؤول عن إعطاء الكتلة لجميع الجسيمات الأولية الأخرى. وبدونها ينهار النموذج ويجب إيجاد نظرية جديدة. ولهذا السبب قامت العديد من التجارب في الخمسين سنة الماضية بالبحث عن جسيم هيغز دينياً.

كيف تكتشف الجزيء؟
الطريقة لاكتشاف جسيم جديد هي في مسرع الجسيمات، حيث يتم جعل الجسيمات تتصادم بسرعة عالية. وكما تشير صيغة ألبرت أينشتاين الشهيرة، فإن الطاقة الناتجة عن الاصطدام يمكن أن تتحول إلى كتلة وتنتج جسيمات جديدة. تكتشف أجهزة الكشف الكبيرة المحيطة بمنطقة الاصطدام الجسيمات الناتجة (أو نواتج اضمحلالها، إذا كانت جسيمات غير مستقرة، مثل هيجز).

كلما زادت كتلة الجسيم الذي تريد اكتشافه، كلما زادت الحاجة إلى استخدام طاقة المسرع، بحيث يمكن أن ينشأ عند الاصطدام. يشير الاكتشاف إلى كتلة تبلغ حوالي 126 جيجا إلكترون فولت (أكثر من 100 مرة كتلة البروتون، وعلى أي حال أكثر من أي جسيم أولي آخر).

وفي مصادم الهادرونات الكبير -مسرع سارن في جنيف- والذي بدأ العمل عام 2008، يتم تسريع البروتونات إلى طاقات أعلى من أي وقت مضى في مدار دائري يبلغ محيطه حوالي 27 كيلومترًا. بعد أن يتم تسريع البروتونات، التي تتحرك في اتجاهين متعاكسين، إلى الطاقة المطلوبة، يتم إدخالها في مسار تصادمي داخل أحد أجهزة الكشف. يقوم الباحثون في المسرع بفحص منتجات ملايين الاصطدامات والبحث عن العلامات الواضحة لتكوين بوزون هيغز.

وبما أنه من المستحيل أن نعرف على وجه اليقين ما إذا كان هيغز قد تم إنشاؤه في تصادم معين، فمن الضروري إجراء تحليل إحصائي لعدد كبير من الاصطدامات. وهذا مشابه للحاجة إلى عدد كبير من رميات العملة لتحديد ما إذا كانت عادلة أم لا (العملة العادلة هي عملة لها فرصة متساوية للهبوط على كل جانب. يمكن أن تكون نتيجة 4/6 خشب/مقبس يحدث مع احتمال كبير على عملة عادلة أم لا، ولكن 400/600 يثير بالفعل الشكوك بأنها عملة غير عادلة). أشارت النتائج المقدمة في ندوة ساران إلى يقين بنسبة 99.99997% باكتشاف جسيم له خصائص منسوبة إلى هيغز (نلاحظ أن هذا هو الحد الأدنى من اليقين اللازم لإعلان الاكتشاف).

انجاز علمي هائل
إذن ماذا يعني الاكتشاف؟ ومن الناحية العلمية يعد هذا إنجازا هائلا. تم اختراع نظرية، وتم حساب نتائجها رياضيا، وتبين أنها تتطلب وجود جسيم لم يكن معروفا حتى ذلك الحين. تم بناء آلة هائلة، قادرة على إنتاج ظروف لم تكن موجودة في أي مكان في الكون منذ الانفجار الكبير، وتم العثور على الجسيم بالفعل. الآن يمكن إجراء مزيد من البحث في خصائص الجسيم، مما قد يجيب على بعض الأسئلة الأساسية في العلوم.

ومن الناحية العملية، لا يمكن لأحد أن يخمن ما هي العواقب التي ستترتب على هذا الاكتشاف. في نهاية القرن التاسع عشر، عندما تم اكتشاف الإلكترون، رفع الفيزيائيون الذين اكتشفوه نخب "الإلكترون عديم الفائدة". اليوم، لا يمكننا أن نتخيل عالمنا دون اكتشاف الإلكترون - عالم بدون كهرباء، دون إرسال الراديو والهاتف. لذلك، ارفعوا نخبًا على شرف هيغز وتكريمًا للاكتشاف العلمي الذي قد يكون أعظم ما سنراه في حياتنا.

تم نشر المقال كاملا في مجلة جاليليو عدد أغسطس 2012

تعليقات 13

  1. الأحداث الكونية تحدث طوال الوقت وكذلك هروب الجزيئات والمنشطات التي تصل إلى اتجاه الأرض، إلا أن لدينا المجال المغناطيسي وطبقة الستراتوسفير التي تحمينا، والأشعة الكونية والمجال المغناطيسي يتأكد من سقوط الكويكبات سوف تحترق طوال الوقت عند ملامستها لطبقة الستراتوسفير الخاصة بها، حجة الأيونات + هائلة، ما الذي يسبب تسخينها واحتراقها، ما يحدث في معجل الجسيمات هو جزء بسيط مقارنة بما سيحدث لو تشكل ثقب أسود حقيقي. إن التسريع ليس سوى وسيلة لتحقيق غاية. وليس المقصود منها خلق حالة تدمير ذاتي، وكل شيء يتم تحت إشراف ورقابة.

  2. فقط أنه لا توجد أجهزة كشف هناك ولا توجد سيطرة على مقدار الطاقة المستثمرة في تسريع الجسيم مثل الثقوب السوداء
    وعلى ما أذكر كانت هذه إحدى حجج العلماء ضد هؤلاء العرافين السواد الذين ظنوا أن كل شيء سينهار
    والحجة هي أن هذه الأحداث تحدث باستمرار، وبالتالي فإن الأرض قد اختفت منذ زمن طويل
    لأنها تصطدم باستمرار بالجسيمات ذات تسارعات أقوى من النوع الناتج في معجل الجسيمات

  3. ولكل من يسأل، هذه التجربة تهدف فقط إلى تأكيد النظرية القائلة بوجود مثل هذا الجسيم
    وهذا لا يعني أن النظرية المحيطة بهذا الجسيم صحيحة
    هذا يعني فقط أن النظرية اجتازت اختبارًا آخر

  4. آفي كوهين

    أنت على حق فيما يتعلق بتحفظك بأن جسيم هيغز هو الذي يتم البحث عنه. ابحث عن جسيم أثقل من المعتاد وأعلن بكل جدية، دون دليل تجريبي، أنه جسيم هيجز. في غياب الدليل التجريبي، من المحتمل أنهم وجدوا جسيمًا ثقيلًا لا علاقة له بجسيم هيغز (إذا كان هناك جسيم).

    ومن أجل إثبات أنه جسيم هيغز، من الضروري _على الأقل_ أن نثبت تجريبيًا أن الجسيم الذي تم اكتشافه _يغير كتلة الجسيمات الأخرى_. وبقدر ما أعرف لم يثبت أي شيء في هذا الاتجاه.

    ربما تكون أيضًا على حق بشأن صعوبة إثبات أنه جسيم هيجز تجريبيًا، لأن مثل هذا الدليل يتطلب تتبع حركة الجسيمات عديمة الكتلة (أو تلك ذات الكتلة الدنيا). ففي نهاية المطاف، يكاد يكون من المستحيل تتبع الجسيمات عديمة الكتلة (أو ذات الكتلة الدنيا).

  5. أتمنى أن يسمح لنا هذا الاكتشاف أخيرًا ببناء لوح تزلج طائر كما هو موضح في فيلم "العودة إلى المستقبل 2"، سيكون بلا شك قمة التكنولوجيا للجنس البشري.

    سوف نبقي أصابعنا متقاطعة.

  6. بوزون هيغز هو أول جسيم تم إنشاؤه بعد حوالي مليون من الثانية من الانفجار الكبير، أي أن كتلته أكبر من كتلة البروتون بـ 100 مرة، ولماذا؟ لأنه من الممكن بالنسبة للبقية أنه قبل الانفجار الأعظم كانت هناك حالة يمكن تسميتها فارغة (حالة بلا زمن، بلا مكان، بلا كتلة من شأنها أن تعمل كنجوم، وذلك لأن النجم له كتلة. ويبدو أن نفس الجسيم هو نفسه) تم العثور على الجسيم الأولي المطلق (مثل الصفر المطلق = -273 درجة مئوية) والذي كان فيه جميع مكونات أساس الكون وتم ضغطه في نفسه حتى انفجر في الانفجار الأعظم، الذي "مزق" الكون بالفعل. باطلة نفسها.

    وشيء آخر: هناك ثلاثة أبعاد أساسية في عالمنا: البعد الزمني
    البعد الفضاء
    كتلة المادة

  7. لدي بعض الأسئلة: هل من الممكن العثور على جسيم آخر وليس بوزون هيغز؟ بالطبع يمكن تسمية الجسيم الجديد بأي اسم، لكن ربما نجد جسيمًا تختلف خصائصه عن تلك المتوقعة من جسيم بوزون هيغز؟
    وإذا وجدنا "أكثر من 100 مرة كتلة البروتون" فكيف نعرف أنه جسيم واحد وليس مجموعة من الجسيمات الجديدة؟
    أليس من الممكن أن يكون هناك العديد من الجسيمات التي لا نعرفها؟ وإذا كان جسيم بوزون هيغز يوفر الكتلة للجسيمات، أليس من الممكن أن تكون هناك عائلة كاملة من الجسيمات التي لا تحتوي على كتلة، وبالتالي لا تتفاعل كثيرا مع الجسيمات التي نعرفها، وبالتالي يصعب اكتشافها ؟

  8. "يلعب جسيم هيغز دورًا رئيسيًا في النموذج، لأنه مسؤول عن إعطاء الكتلة لجميع الجسيمات الأولية الأخرى."
    "أكثر من 100 مرة كتلة البروتون، وعلى أية حال أكبر من أي جسيم أولي آخر"

    كيف يكون للجسيم الذي يعطي كتلة لجميع الجزيئات الأخرى كتلة أكبر من كتلة الجسيمات نفسها؟

ترك الرد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها *

يستخدم هذا الموقع Akismat لمنع الرسائل غير المرغوب فيها. انقر هنا لمعرفة كيفية معالجة بيانات الرد الخاصة بك.