لقد بدأ السباق على اللبتوكوارك

اللبتو كوارك هو جسيم افتراضي يوحد الكواركات واللبتونات. يتم التنبؤ بنفس الجسيم الغريب من خلال النظريات التي توحد القوى القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية. في هذه الأيام يقوم الفيزيائيون التجريبيون بتسريع عمليات البحث بما في ذلك سارن. هل يمكنه تفسير الحالات الشاذة في اضمحلال جسيم B+ الذي لوحظ قبل عام في المسرع الهادروني في جنيف؟ 

تتكون المادة من حولنا من جسيمات أولية، ويعلمنا النموذج القياسي أنها تنقسم إلى عائلتين: اللبتونات (مثل الإلكترون أو النيوترينو) والكواركات (التي تشكل نواة الذرات). في ظل النموذج القياسي، من السهل التمييز بين العائلتين - لديهما خصائص كمومية مختلفة قابلة للقياس ولكن لهما نفس عدد الأجيال (2). يعلم الفيزيائيون أن التوراة غير مكتملة، ولهذا السبب تم طرح العديد من النظريات لإكمال الأجزاء الأخيرة من اللغز. تتنبأ النظريات الرائدة التي تحاول توحيد القوى في الطبيعة باتحاد الكواركات واللبتونات في كيان واحد يسمى الكوارك الليبتو. تم اكتشاف اللبتو كواركات نتيجة توحيد القوى الكهرومغناطيسية الضعيفة والقوية.

مثل هذه الاتحادات ليست غريبة على الفيزياء الحديثة. تم توحيد المجالين الكهربائي والمغناطيسي في معادلات ماكسويل في القرن التاسع عشر، ومن المعروف اليوم أن المجالين الكهربائي والمغناطيسي هما في الواقع كيان واحد تحت تحويل لورنتز. وبالمثل، في حالتنا أيضًا، يتم إنشاء اتحاد الجزيئات عندما تكون الحقول متحدة. ونتيجة لذلك تتحد الخصائص الكمومية ويظل عدد الأجيال كما هو. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجسيم الغريب أن يتناوب بشكل عشوائي بين الكيانات أو أن يكون كلاهما في نفس الوقت. يمكن تفسير الحالات الشاذة في اضمحلال الجسيمات التي تم الحصول عليها منذ عام تقريبًا في تجربة LHCb وفي العديد من المسرعات الأخرى (يجب أن يكون الاضمحلال الثنائي للميونات أو الإلكترونات هو نفسه وفقًا لثابت الاقتران ولكن هناك انحرافات كبيرة) من خلال نظرية الليبتو. الكواركات، وبالتالي فإن الجسيمات تنتظر بفارغ الصبر رؤية الأدلة التي تشير إلى وجودها.

إذا كانت اللبتوكواركات موجودة، فإن الانحلال إلى حالة مستقرة أخرى سيكون سريعًا ونشطًا للغاية. تحاول المسرعات في جميع أنحاء العالم البحث عن ليبتو كوارك من الجيل الأول أو الثاني، ولكن الآن تعمل سيرين على رفع مستوى الرهان وتمكين بحث أكثر شمولاً عن الجيل الثالث أيضًا. يتضمن مثل هذا اللبتو كوارك ليبتون تاو، أو نيوترينو تاو، أو الكواركات العلوية والسفلية.

الدراسة أثناء العمل

ونظرًا لأن اللبتو كواركات لم يتم ملاحظتها مطلقًا، ولأن النظرية مرهقة رياضيًا، فإن الفيزيائيين يتعلمون النظرية والتجربة أثناء عملهم. ويحاول الباحثون اليوم رصد بعض التنبؤات الواضحة التي تنبثق عن النظرية في ظل اصطدام الجسيم الغريب بجسيمه المضاد. في تصادمات الجسيمات والجسيمات المضادة، يكون من الأسهل قياس الطاقة بدقة لأنك تعرف بالضبط ما الذي يصطدم بماذا.

"يعتبر اللبتو كوارك موضوعًا ساخنًا لأنه يسمح من خلال الحسابات بالعثور على الحالات الشاذة في النموذج القياسي. وقال رومر كوجلر، عالم الفيزياء من CMS في CERN: "في المسرع الكبير في سارن، يتم بذل أقصى الجهود لإثبات أو دحض وجود هذه الجسيمات". بعد بحث طويل عن الاصطدامات التي تمت ملاحظتها في المسرع المحوري، لم يتمكن CMS بعد من العثور على الجيل الثالث من اللبتوكوارك. لقد استنتج العلماء بالفعل من هذه النتائج أن مثل هذا الكوارك الضوئي يجب أن تبلغ كتلته 900 جيجا إلكترون فولت على الأقل، أي أثقل بخمس مرات من الكوارك العلوي، وهو أثقل كوارك تم رصده. وفي الوقت نفسه، من المهم ملاحظة أن تحليل البيانات تم أخذه من عدد محدود جدًا من الأحداث التي تمت ملاحظتها في عام 2016.

لرسالة الكابتن

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• النموذج القياسي وما بعده - كل ما تحتاج إلى معرفته
• ما هي المادة المصنوعة من؟
• أدلة جديدة تعزز اكتشاف هيغز - الجسيم المسؤول عن الكتلة