من سيجد "جسيم الله" أولاً؟

الجهد الهائل للعثور على الجسيم الذي هو على الأرجح مصدر كل الكتلة في الكون

تمارا تروبمان

في «الغرفة النظيفة» في المختبر في معهد وايزمان - والتي لا يُسمح بدخولها إلا بقبعات وأردية نايلون تمنع تساقط الشعر أو ألياف الملابس - يقف مئير شوا، مدير المختبر، يقوم بتجهيز ألواح الكاشفات. وسيتم إرسال أجهزة الكشف إلى ساران، المختبر الأوروبي لأبحاث فيزياء الجسيمات في جنيف، وسيتم تركيبها في "أطلس"، وهو كاشف ضخم للجسيمات يصل ارتفاعه إلى برج من عشرة طوابق. ويأمل الفيزيائيون أنه خلال خمس سنوات تقريبا، عندما يبدأ "أطلس" العمل، سيكتشفون جسيما غامضا يسمى بوزون هيغز، والذي يعتقدون أنه مصدر كل الكتلة في الكون والسبب في وجود البشر والنجوم، وفي الواقع كل شيء. المادة في الكون لها وزن. يعتقد ليون ليدرمان، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء، أن دور هيغز في خلق الكون كان حاسما، وأطلق عليه اسم "جسيم الله".

وسيكون "أطلس" أحد جهازي كشف عملاقين في أقوى مسرع للجسيمات في العالم، وهو مصادم الهادرونات الكبير (LHC). يقول البروفيسور إيهود دوشوفني، عالم الفيزياء في معهد وايزمان، والذي كان في السابق رئيسًا لمجموعة هيجز في إحدى التجارب في ساران، وهو اليوم شريك: "إن مصادم الهادرونات الكبير هو أكبر آلة تم بناؤها على الأرض وأكثرها تعقيدًا على الإطلاق". في بناء الكاشف.

إن بوزون هيغز ليس الشيء الوحيد الذي يأمل الفيزيائيون اكتشافه في المسرع؛ كما يأملون أن يجدوا هناك تلميحات للنظريات الفائقة التي تتنبأ بوجود أبعاد إضافية مخفية في العالم، وخاصة أدلة على نظرية فائقة تسمى "التناظر الفائق"، والتي تتنبأ بأن جميع الجسيمات في الكون لها شركاء، مما قد يشكل "المادة المظلمة". ويقول البروفيسور جيورا ميكنبرج من معهد وايزمان ورئيس المجموعة الإسرائيلية في التجربة: "إذا كانت هذه الجسيمات موجودة بالفعل، فمع المسرع الجديد سنتمكن من اكتشافها".

عندما يتم إنشاء هيغز، على افتراض أنه موجود، فإنه سيكون موجودا لفترة قصيرة جدا؛ ولن يتمكن الفيزيائيون من مراقبته بشكل مباشر. تم تصميم أجهزة الكشف التي يتم بناؤها في المعهد لتكون قادرة على اكتشاف "الختم الذهبي" الذي سيتركه هيجز وراءه: أربع جسيمات ميون معزولة ستنتقل بطاقة عالية جدًا. تخضع الكاشفات لمراقبة الجودة من قبل فيزيائيين من جامعة تل أبيب والتخنيون. وفي التخنيون، يتم أيضًا إنتاج نظام تحكم "سيسمح للفيزيائيين فوق الأرض بزيارة الكاشف الموجود على عمق حوالي مائة متر تحت الأرض والتحكم فيه"، كما يقول الدكتور شلوميت تيريم، منسق نشاط "أطلس" في التخنيون.

في بداية الأسبوع، ذهب مئير شوا إلى جنيف للبدء في تفكيك معجل LEP، البالغ من العمر 11 عامًا، والذي ستبدأ فيه القناة الدائرية (التي يبلغ طولها 27 كيلومترًا) في بناء المسرع الجديد. بالنسبة للفيزيائيين الذين عملوا في LEP، هذه الأيام هي نهاية فترة مليئة بالاكتشافات، والتي تبلغ ذروتها على وجه التحديد في الوقت الذي من المفترض فيه إغلاق LEP، وفقًا للتخطيط المسبق.

قبل حوالي شهر من توقف العمل عليه، بدأت أجهزة كشف الجسيمات في المسرع في التقاط البيانات التي تشير إلى أن العلماء ربما ألقوا نظرة خاطفة على بوزون هيغز. وناشدوا إدارة المختبر تأخير بناء المسرع الجديد لمدة عام، حتى يتمكنوا من جمع بيانات إضافية من شأنها أن تدحض أو تؤكد ملاحظاتهم. ولكن بعد العديد من المناقشات، قرر الرئيس التنفيذي لشركة سارنان عدم منحهم مثل هذا التمديد. يقول البروفيسور إيلام جروس من معهد وايزمان، والذي كان حتى وقت قريب رئيسًا لمجموعة عمل هيجز في أحد الأبحاث: "شعر بعض الأشخاص المشاركين بشكل مباشر في البحث عن هيجز أنهم أضاعوا فرصة حياتهم". تجارب في ساران واليوم شريك في بناء المشروع الجديد. "لكن يجب الاعتراف بأن الأدلة على وجود الجسيم لم تكن مقنعة بما يكفي لاستثمار الوقت والمال اللازمين لتشغيل LEP لمدة عام آخر، وبالتالي تأخير تشغيل الآلة الجديدة". يقول البروفيسور ميكنبيرج: "إذا كانت العلامات التي رأيناها صحيحة، فيمكننا اكتشافها خلال 6 إلى 5 سنوات أخرى. سيكون الأمر مسألة صبر".

ومع ذلك، في مارس 2001، سيبدأ معجل آخر، "تيفاترون"، الموجود في مختبر فيرمي الوطني في شيكاغو (بيرميلاب) العمل في الساحة. لقد تم تجديد "تيفاترون"، لكنه "سيظل أقل قوة بكثير من مصادم الهادرون الكبير"، كما تقول الدكتورة مارسيلا كارنا، عالمة الفيزياء المشاركة في البحث عن هيغز في بارالاب.

تُعرف النظرية التي يقبلها معظم علماء الفيزياء لوصف جسيمات المادة والقوى المؤثرة بينها بالنموذج القياسي. ويتيح هذا النموذج للفيزيائيين تفسير جميع خصائص المادة المعروفة في الكون، وقد أثبتت تنبؤاته على مر السنين أنها دقيقة للغاية. هناك مشكلة واحدة فقط في النموذج: فهو لا يفسر سبب امتلاك الجسيمات لكتلة ولماذا يكون توزيع كتلتها على ما هو عليه. ولإخراج النموذج القياسي من هذا المأزق، افترض الفيزيائيون وجود كيان يسمى بوزون هيغز، وهو الذي يعطي الجسيمات كتلة. ووفقا للنظرية، فإن هيغز يتمسك بالجسيمات الأخرى، وبالتالي يمنحها كتلة. كلما زاد احتكاك جسيم معين في مجال هيجز، زادت كتلته.

إن إجابة السؤال حول من سيحصل على أول نظرة على جسيم هيجز تعتمد جزئيًا على كتلته. كلما كان الهيغز أثقل، كلما كانت هناك حاجة إلى معجل أقوى لإنتاجه.

النموذج القياسي لا يتنبأ بكتلة هيغز. وفقًا لنظرية التناظر الفائق، يقول الدكتور كارنا، يجب أن تكون كتلة هيغز أقل من 130 جيجا إلكترون فولت، ولدى التيفاترون الموجود في بريميلاب فرصة جيدة للعثور على هيغز في مثل هذه الكتلة. إذا فشل التيفاترون في جمع ما يكفي من الأدلة لوجود هيجز بكتلة تبلغ 130 جيجا إلكترون فولت، فسيكون ذلك محزنًا ليس فقط لعلمائه، ولكن أيضًا لأتباع التناظر الفائق.

في كتابه "تراث لوسيفر: معنى عدم التماثل"، يحكي الفيزيائي فرانك كلوز عن رحلة قام بها إلى حدائق الوصاية في باريس. بعد التجول في الممرات والتعجب من الدقة التي يعكس بها كل جانب من المسار – كل حديقة أو نافورة أو تمثال – الجانب الآخر، تفاجأ عندما صادف تمثالًا مكسورًا لإبليس. وكان رأسه المكسور ملقى على الأرض. ربما يقترح كلوز أنه بدلاً من تسمية جسيم هيغز بجسيم الإله، سيكون من الأفضل أن نطلق عليه جسيم الشيطان: وهو الجسيم الذي يربك الفيزيائيين في جميع أنحاء العالم، ويدمر باستمرار عالمًا كان من الممكن أن يكون مثاليًا جدًا لولا ذلك.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 5/12/2000}

كان موقع المعرفة جزءًا من بوابة IOL التابعة لمجموعة هآرتس حتى نهاية عام 2002