قناة العلوم سبعة坛: اكتشاف جسيم الله له ستة تأثيرات كبرى: ربما يدمر الكون بعد بضع مليارات من السنين

بتوقيت بكين، 22 مارس — وفقا لتقارير وسائل الإعلام الأجنبية، أعلن الفيزيائيون يوم الخميس الماضي (14 مارس) أنهم اكتشفوا دليلا قويا على ما يسمى "جسيم الإله"، وهو بوزون هيغز. لطالما بحث العلماء عن آثار لهذا الجسيم الغامض، وإذا تم تأكيد وجوده في النهاية، فسيكون له تأثير كبير. هذه خريطة مسار جسيمية محاكاة حصل عليها كاشف ATLAS لمصادم الهادرونات الكبير في المركز النووي الأوروبي. ينتج بوزون هيغز عندما يصطدم بروتونان عند مستوى طاقة عالي جدا يبلغ 14 تيرا إلكترون فولت، وبعدها يتحللان بسرعة إلى أربعة إلكترون μ — إلكترون ضخم لا يمكن امتصاصه بواسطة المجس. النموذج القياسي هو النظرية الأساسية لفيزياء الجسيمات، ومع ذلك تم العثور على جميع الجسيمات المتوقعة بنجاح، باستثناء بوزون هيغز الذي ظل صامتا. باستخدام منشأة مصادم الهادرونات الكبير (LHC) على الحدود بين فرنسا وسويسرا، جعل العلماء يصطدمون بروتونات بسرعة الضوء في مدار طوله 27 كيلومترا لإجراء تجارب ذات صلة. ذكر الفيزيائيون أنه بمجرد تأكيد بوزون هيغز، سيكون له ستة تأثيرات رئيسية على الأقل: 1. كشف لغز أصل الكتلة: كيف تتكون كتلة جسم ما؟ لطالما حيرت هذه المسألة مجتمع الفيزياء، ويعتقد أن بوزون هيغز مرتبط بأصل الكتلة في جميع الأجسام في الكون. يرتبط بوزون هيغز بنوع من الحقول يسمى حقل هيغز، والذي يعتقد نظريا أنه يخترق الكون بأكمله. عندما تتحرك جسيمات أخرى في الكون داخل هذا المجال، تكتسب خاصية الكتلة. إنه مثل الجميع يسبحون في بركة ويبتلوا، حيث أن البلل يشبه اكتساب كتلة جسم. قال جواو غيمارايس دا كوستا، الفيزيائي في جامعة هارفارد: "آلية بوزون هيغز تتيح لنا فهم المسارات والطرق التي تكتسب بها الجسيمات كتلة." كان كوستا منسق النموذج القياسي لجهاز كاشف ATLAS على مصادم الهادرونات الكبير (LHC) عندما أعلنت المنظمة الأوروبية للمنظمة النووية عن اكتشاف مشتبه به لبوزون هيغز العام الماضي. قال: "بدون هذه الآلية، ستفقد جميع الأجسام كتلة." تأكيد أن الجسيم المكتشف هذه المرة هو بالفعل بوزون هيغز سيثبت أن الطريقة التي نتصور بها الجسيمات تكتسب خصائص كتلة صحيحة.أعربت أستاذة الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، ماريا سبيروبولو (Maria Spiropulu)، عن قولها: "هذا الاكتشاف يدعم من الناحية الكمومية وجهة نظرنا حول مصدر الكتلة، وهذا بالضبط هو الهدف من بناء مصادم الهادرونات الكبير. إنه إنجاز لا مثيل له." بعد ذلك، سيقدم هذا المزيد من الأدلة لحل مسألة أعمق، وهي: لماذا تحمل هذه الجسيمات هذا العدد من الكتلة؟ كيف تم تحديد هذه القيمة؟ وقالت الفيزيائية بجامعة هارفارد، ليزا راندال (Lisa Randall): "هذه مسألة أكبر بكثير. التأكد من أن هذا هو جسيم هيغز فعليًا هو مجرد الخطوة الأولى في العملية بأكملها، ثم يمكننا المضي قدمًا، وهناك رابط بين الأمرين." \ 2. تحسين النموذج القياسي \ النموذج القياسي هو حجر الأساس في الفيزياء الجزيئية المعاصرة، وهو يصف جميع الجسيمات في الكون. جميع الجسيمات التي تنبأ بها النموذج القياسي قد تم اكتشافها بالفعل، ما عدا جسيم هيغز. وعندما تم الإعلان عن النتائج الأولية في العام الماضي، قال عالم الأجهزة ATLAS في مركز أبحاث الجسيمات الأوروبي، جوناس ستراندبرغ (Jonas Strandberg): "هذا هو الجزء المفقود من النموذج القياسي، لذلك إذا تم تأكيد هذا الاكتشاف نهائيًا، فسوف يثبت في النهاية أن فهمنا الحالي صحيح." حتى الآن، يبدو أن جسيم هيغز الذي تم اكتشافه يتوافق مع خصائصه التي تنبأ بها النموذج القياسي. ومع ذلك، النموذج القياسي نفسه غير مكتمل: فهو لا يشمل الجاذبية، ولا يأخذ في الحسبان المادة المظلمة التي يُعتقد أنها تشكل حوالي 98٪ من مجموع المادة في الكون. وقالت الفيزيائية في مركز CMS الوطني بمختبر فيرمي الوطني الأمريكي، باتي ماكبرايد (Patty McBride)، يوم الخميس الماضي: "حتى لو كانت هناك أدلة واضحة تثبت أن هذا الجسيم الجديد الذي اكتشفناه فعلاً هو بوسون هيغز المنبأ به في النموذج القياسي، فإن معرفتنا بالكون لا تزال غامضة." وقالت: "ما زلنا لا نفهم لماذا الجاذبية ضعيفة جدًا، ولا نزال نواجه حقيقة وجود المادة المظلمة الضخمة. ومع ذلك، بالنسبة لهذه النظرية الكلاسيكية التي لها تاريخ 48 عامًا، فإن اتخاذ الخطوة الأولى نحو تحسينها يُعتبر أمرًا مفرحًا." \ 3. التفاعل الكهروضعيف \ تأكيد جسيم هيغز سيؤثر أيضًا على بناء التفاعل الكهروضعيف.هذا التفاعل هو وصف موحد للتفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة، وكلاهما من الأنواع الأساسية من القوى في الطبيعة. تصف التفاعلات الكهرومغناطيسية التفاعلات بين الجسيمات المشحونة، بينما تصف التفاعلات الضعيفة عمليات التحلل الإشعاعي.
جميع القوى في الطبيعة مرتبطة بجسيمات معينة. على سبيل المثال، الجسيمات المرتبطة بالقوى الكهرومغناطيسية هي الفوتونات، وهي جسيمات خاصة ذات كتلة صفرية. قوى التفاعل الضعيفة مرتبطة بالبوزونات المسماة W و Z، وكلاهما له قيم كتلية عالية جدا. يعتقد أن مصادر الكتلة لكل هذه الجسيمات ناتجة عن بوزون هيغز.
شلاندبرغ من سيرن يقول: "إذا تم تقديم مفهوم حقل هيغز، فإن بوزونات W و Z تختلط مع هذا المجال، وفي هذه العملية تكتسب كتلة." "قال: "هذا يفسر لماذا لدي بوزونات W و Z كتلة، ويوحد القوتين الأساسيتين للعمل الكهرومغناطيسي والتفاعل الضعيف، مما يشكل تفاعلا كهروضعيفا." ”
4. نظرية التناظر الفائق
ستتأثر أيضا باكتشاف جسيم هيغز. تؤمن هذه النظرية بأن كل جسيم معروف له جسيم "شريك فائق"، له خصائص مختلفة قليلا. التناظر الفائق جذاب للغاية لأنه يمكنه توحيد القوى الأساسية الأخرى في الطبيعة وقد يكشف حتى لغز تركيب المادة المظلمة. ومع ذلك، حتى الآن، فإن آفاق هذه النظرية قاتمة. لم يجد العلماء سوى جسيمات ذات خصائص مشابهة جدا لجسيم هيغز الذي تنبأ به النموذج القياسي، لكنهم لم يجدوا أي أدلة تتعلق بجسيمات فائقة التماثل.
5. مصادم الهادرونات الكبير \ مصادم الهادرون الكبير (LHC) هو أكبر مسرع جسيمات في العالم. هذا المرفق الذي تبلغ قيمته حوالي 10 مليارات دولار ينتمي إلى منظمة سيرن، المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، ويهدف إلى إنشاء أقوى منشأة لمسرع الجسيمات على وجه الأرض. من بين هذه الأولويات، تم إدراج اكتشاف بوزون هيغز كأحد الأولويات الرئيسية لهذه المعدات. توفر النتائج المعلنة الأخيرة دليلا قويا على إنجازات مصادم الهادرون السابقة وأفضل دليل على الإنجازات المثمرة للفيزيائيين الذين عملوا بلا كلل هنا لتحقيق هذا الهدف.في بيان له العام الماضي، صرح سبيروبولو: "هذا الاكتشاف يدعم من ناحية الكم وجهة نظرنا حول مصدر الكتلة، وهذا هو بالضبط الهدف الذي بنينا من أجله مصادم الهادرونات الكبير. إنه إنجاز لا مثيل له." وقال: "لقد انتظر العلماء طوال جيل كامل من الوقت من أجل هذه اللحظة. علماء الفيزياء الجزيئية والمهندسون والفنيون من الجامعات ومؤسسات البحث حول العالم كرسوا عقوداً من العمل الجاد لتحقيق هذا الإنجاز اليوم. حان الوقت الآن لأن نتوقف قليلاً ونتأمل في معنى هذا الاكتشاف، قبل أن نستمر في جمع وتحليل كمية هائلة من البيانات."\ كانت بوسون هيغز مقترحة لأول مرة في عام 1964 من قبل الفيزيائي البريطاني بيتر هيغز وزملائه. أما الجزء الأخير من الاسم فهو تكريماً للفيزيائي والرياضياتي الهندي الراحل بوس، الذي ساعد أينشتاين في تعريف البوسونات. البوسونات هي نوع من الجسيمات الأساسية وتشمل بشكل رئيسي الغلوونات والجرافيتونات وما إلى ذلك، وهي مسؤولة عن نقل التفاعلات بين الفيرمونات مثل الكواركات والإلكترونات والنيوترينوات وغيرها. الفيرمونات هي نوع آخر من الجسيمات الأساسية في الكون.\ 6. مصير الكون\ تأكيد وجود بوسون هيغز سيفتح للعلماء أبوابًا لإجراء حسابات لم يكن بالإمكان القيام بها من قبل. بعض نتائج هذه الحسابات تتعلق بمصير الكون. هناك رأي يرى أن الكون سيتعرض للدمار خلال مليارات السنين القادمة.\ عند إجراء مثل هذه الحسابات، تعتبر كتلة بوسون هيغز نفسها معلمة حاسمة، فهي تشير إلى مصير الزمكان في المستقبل. القيم الحالية لقياسات الكتلة تشير إلى أن كتلة بوسون هيغز تساوي حوالي 126 ضعف كتلة البروتون، وهي قيمة كتلة تكاد تكون عند نقطة حرجة، مما قد يجعل الكون يتجه نحو الدمار خلال مليارات السنين القادمة.\ جوزيف ليكن (Joseph Lykken)، الفيزيائي في مختبر فيرمي الوطني الأمريكي، صرح قائلاً: "نتائج الحسابات تخبرنا أن الكون قد يواجه كارثة بعد مليارات السنين." وأضاف: "قد يعني هذا أن الكون الذي نعيش فيه نفسه يحتوي على عدم استقرار جوهري، وأن كل شيء سينهار بعد مليارات السنين."