تلاحظ جولة CERN الجزء الثاني: الباب المؤدي إلى الانفجار الكبير

LHCb هي واحدة من أربع تجارب في CERN، والتي تتخصص في الكشف عن المادة المضادة التي تم إنشاؤها بعد اصطدام البروتونات في مسرع LHC. سجل جولة في أعماق الأرض. المقالة الثانية في السلسلة.

هذا هو الباب المؤدي إلى الانفجار الكبير - هكذا عرف البروفيسور ريتشارد جاكوبسون الباحث في تجربة LHCb باباً حديدياً أصفر اللون يقع على عمق 100 متر تحت سطح الأرض في منطقة ريفية في فرنسا، تحت جبال الجورا والتي لا يزال بإمكانك رؤية بقايا الثلوج على قممها في هذا الوقت من العام (29 أبريل 2014).

وحضر الجولة صحفيون إسرائيليون جاءوا إلى المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية ضمن وفد نظمته الأكاديمية الوطنية للعلوم والفنون، بعد انضمام إسرائيل كعضو كامل العضوية في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية.

تم تصميم LHC للإجابة على سؤالين أساسيين - أحدهما هو المكونات الأساسية للمادة، والسؤال الثاني هو فهم كيفية تواصلها مع بعضها البعض، ما هو الغراء الذي يجمع الكون بأكمله معًا. لم تكن البنية المألوفة للجسيمات والقوى في حالتها الحالية دائمًا. عندما "نعود" بالزمن إلى الوراء، نصل إلى وقت كان فيه كل شيء أكثر ضغطًا وكانت القوى مختلفة. نحن في ساران لا نريد فقط فحص الكون، بل نفعل ذلك باستخدام التلسكوبات، ولكننا نحاول إعادة خلق الشروط المسبقة.
كما نعلم، حتى مع التلسكوبات يمكننا أن ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب. عندما ننظر إلى الشمس نراها متأخرة ثماني دقائق. يقع النجم التالي على بعد أربع سنوات ضوئية، ولرؤية أقرب مجرة ​​نحتاج إلى النظر إلى الماضي قبل مليوني سنة. ولكن هناك مشكلة، عندما تنظر من خلال التلسكوب، يمكن الافتراض أنه يمكنك النظر إلى الانفجار الكبير الذي لا يزال الحبر يطاردنا حتى اليوم. ومع ذلك، هناك مشكلة صغيرة. وفي الفترة التي حدثت بعد حوالي 2 ألف سنة من الانفجار الأعظم يوجد ما يشبه الجدار. حتى تلك اللحظة، لا توجد مشكلة في "الرجوع بالزمن إلى الوراء"، لأن الكون شفاف، ولكن قبل أن يبلغ عمره 380 ألف سنة، كان الكون في الواقع معتمًا. إذا نظرت إلى تلك الفترة، فإنك ترى فقط قطعة ضبابية من المواد. وكانت درجة حرارة الكون في ذلك الوقت حوالي 380 درجة. نحن جميعًا على دراية بهذه الصورة الإهليلجية المعروفة باسم "موناليزا الكون". نحن نسمي هذا "إشعاع الخلفية الكونية" ونراه طوال الوقت في الصحف. هذه صورة للحظة التي بدأ فيها الضوء بالتحرك بحرية. الإشعاع يحيط بنا وهو في كل مكان. ولذلك لا يمكننا أن نلاحظ من خلال التلسكوب. كل ما يمكننا قوله هو أن هذه هي خصائص الكون اليوم، وأن أسس هذه الخصائص يجب أن تكون قد وُضعت في مرحلة مبكرة جدًا.

ولذلك، ليس هناك خيار سوى اتخاذ خطوة استعادة الظروف التي كانت سائدة في الكون المبكر. نحن نعلم أن الضغط ودرجة الحرارة كانت مرتفعة. لمحاكاة هذه الشروط، يجب علي استخدام المسرع. أقوم بتسريع حزمتين من الجسيمات، وأضربهما معًا، وأحصل على نفس الظروف التي اصطدمت بها الجسيمات في بداية الكون. كلما زادت طاقة الاصطدام، ارتفعت درجة الحرارة وأصبح بإمكاننا محاكاة الأحداث التي حدثت في وقت سابق. نحن ندرس أنواع الجسيمات التي يتم إنشاؤها نتيجة لهذه الاصطدامات وأنواع القوى التي تتحكم في سلوكها. يمكن تعريف LHC على أنه آلة الزمن.

إن طاقة المصادم LHC كبيرة بحيث نحصل أثناء الاصطدامات على قياسات حرارة تعادل مليار مرة درجة الحرارة في مركز الشمس. وفي مركز الشمس تبلغ درجة الحرارة 10 ملايين درجة. هذه درجة حرارة نموذجية وهناك العديد من النجوم هي درجة الحرارة في مركزها. بل إن هناك نجومًا تصل درجة حرارتها في المركز إلى 100 مليون درجة. في بداية الكون، كانت الأبعاد الحرارية أقوى بمليار مرة من تلك التي كانت سائدة، ونحن نعيد إنتاجها في مصادم الهادرونات الكبير (LHC). تذكر، في الوقت الذي كان من الممكن فيه رؤية الكون بالفعل، بعمر 380 ألف سنة، كان قد برد بالفعل إلى درجة حرارة 3,000 درجة. إن كمية الحرارة التي أتحدث عنها سادت جزء من مائة جزء من مليار من الثانية بعد الانفجار الكبير، وهذا يعني أنك إذا أخذت ثانية وقسمتها إلى مائة مليار وحدة صغيرة، فإن اللحظة التي ندرسها هي الوحدة الأولى من هو - هي. إنه قريب جدًا من الانفجار الكبير، لكن الانفجار الكبير كان عصرًا حدثت فيه الأشياء بسرعة كبيرة جدًا. حدث شيء ما في كل جزء من مليار من الثانية. إن هدف مصادم الهادرونات الكبير (LHC) هو العودة إلى تلك اللحظة التي إذا طرفت عينك فإنك ستفوتها."

"الشيء المثير للاهتمام هو أن لدينا نظريات لا تفسر ما حدث فحسب، بل تتنبأ أيضًا بما كان يجب أن يحدث بعد ذلك. لدينا فهم جيد جدًا لكيفية تصرف الكون في تلك اللحظات، ومنذ تلك اللحظة فصاعدًا، على سبيل المثال، بعد ميكرو ثانية من الانفجار الكبير، حدثت العملية التي تم فيها إنشاء البروتونات والنيوترونات. بعد ثلاث دقائق من الانفجار الكبير تكونت النواة الأولى بالفعل، وتشكلت الذرة الأولى بعد 380 ألف سنة من الانفجار الكبير، وتشكلت النجوم الأولى بعد نصف مليار إلى مليار سنة من الانفجار الكبير، وتشكلت المجرات بعد فترة وجيزة، ولكن لمعرفة أصل كل هذا علينا العودة إلى الوراء لإعادة خلق الوقت الذي تم فيه وضع الأسس للأشياء التي تم خلقها بعد مئات الملايين من السنين ومليارات السنين.

"أحد هذه الأشياء هو الكتلة. في الستينيات، تنبأ البعض بوجود آلية تمنح الطبيعة من خلالها الأشياء نوعًا من الكتلة يمنعها من الحركة بسرعة الضوء، وهي قوة أساسية في الكون جعلت من الممكن خلق الأجسام المعقدة مثل جسم الإنسان والكواكب والنجوم. لقد توقعوا ذلك منذ عقود مضت، ومنذ عامين توقعنا الجسيم الذي يجعل هذا ممكنًا، وهو يتمتع تمامًا بالخصائص المتوقعة.

بحثا عن المادة المضادة

"والآن بعد أن حصلنا على هذه المعلومات، فإننا نبحث عن إجابات لأسئلة أخرى مهمة، وأحدها هو المادة المظلمة، وسوف نبحث الآن عن الجسيمات التي من شأنها أن تلقي الضوء على المادة المظلمة.
يتمثل دور LHCb في دراسة ما يسمى بالمادة المضادة. عندما ننظر إلى الكون اليوم، فإننا لا نرى أي مادة مضادة على الإطلاق. ومع ذلك، هذا لا يعني أن المادة المضادة هي عمل خيال علمي. يمكن إنتاجه ودراسته ورؤية سلوكه، لكنه غير موجود في الطبيعة. لا يوجد نجم أو كوكب يتكون من مادة مضادة. كان عليه أن يختفي. ومع ذلك، عندما أستخدم الطاقة في معجل، فإنني دائمًا أنتج نفس الكمية من المادة والمادة المضادة، لكنني أرى أنهما يتصرفان بشكل مختلف في تطورهما. إلى حد ما، تتعامل الطبيعة مع المادة المضادة بطريقة مختلفة عن المادة في عدد صغير من الحالات ولا نعرف السبب تمامًا. لا يمكن للاختلافات الصغيرة في خصائص المادة والمادة المضادة أن تفسر سبب اختفاء كل المادة المضادة في الكون في الجزء الأول من الثانية من الكون، ولم يتبق سوى المادة.

وردا على سؤال موقع العلم، هل المادة المضادة مخفية في الـ 95% (مكونات الكون التي ليست مادة عادية - أي المادة المظلمة والطاقة المظلمة AB)، قال جاكوبسون: "هذا أحد الاحتمالات، ويمكننا القول أننا قد نكون في كون نادر حيث تطير المادة في اتجاه واحد والمادة المضادة تطير في الاتجاه الآخر ولكن بعد 14 مليار سنة تتوقع أن ترى علامة ما على وجود خليط بين المادة والمادة المضادة وبالطبع ستفعل ذلك نتوقع أن نرى اصطداماتهما التي تسبب تأين الجزيئين وشكل الإشعاع الذي سنستشعره في أجهزتنا.

الصورة: آفي بيليزوفسكي

وفي نفس الموضوع على موقع العلوم :

• الرئيس التنفيذي لشركة Cern رولف هوير: حلمي هو العثور على أول جسيم للمادة المظلمة. المقال الأول بعد جولة في مرافق سيرن
• أكد LHCb وجود هادرون غريب
• المستقبل المشرق للكون المظلم
• الرئيس التنفيذي لـ CERN في حفل انضمام إسرائيل إلى المنظمة: إسرائيل وCERN لديهما ماض غني من التعاون

"كانت هناك أحداث يُشتبه في أنها تأين للمادة والمادة المضادة، لكن الفحص السريع للطيف القادم من هذه الأحداث أثبت أنه لم يكن تأينًا بين المادة والمادة المضادة. لدى LHCb برنامج أنيق لمحاولة توصيف الاختلافات الصغيرة بين المادة والمادة المضادة بشكل أفضل. يتيح كاشفنا إمكانية امتصاص المادة والمادة المضادة ودراسة تطور كليهما. خلال ثانية بيكو أو نحو ذلك، نبحث عن طريقة لتحديد الاختلافات في السلوك. نحن نفحص جميع أنواع المادة والمادة المضادة، لكن أكثرها إثارة للاهتمام هو كوارك الجمال والكوارك المضاد الجميل، وكذلك الكوارك السحري والكوارك المضاد السحري. بالطبع نحن مهتمون بها جميعًا، لكن هذه هي أثقل الكواركات والكواركات المضادة، ونحن على يقين من أنها كانت موجودة بعد جزء من مائة مليار من الثانية من الانفجار الأعظم". يختتم جاكوبسون.

بعد هذه المقدمة نزلنا إلى الباب الأصفر، على عمق 107 أمتار تحت الأرض، لنرى المنشأة، ويمكنكم الحصول على انطباع عنها بشكل أساسي في معرض الصور المرفق لهذا المقال.