سلسلة هيجز بوزون.. جسيم الرب! الجزء الأول

سلسلة هيجز بوزون.. جسيم الرب! الجزء الأول

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
أُلصِقت عبارة «جسيم الرب» على الصفحات الأولى من منافذ الأخبار في كل مكان عندما تم الإعلان عن اكتشاف الجُسيم في عام 2012، «جسيم الرب» هو عنوان أكثر جاذبية من «اكتشاف بوزون هيجز»، لكن معظم الفيزيائيين يكرهون المصطلح.[1]

لم يكن هذا هو الاسم المستعار المقصود للجسيم الشهير، وفقًا للجنة من علماء الفيزياء الذين ناقشوا بوزون هيجز في 29 أبريل كجزء من سلسلة محاضرات الخلافات العلمية.[1]

تقول القصة أن الفيزيائيّ الحائز على جائزة نوبل ليون ليدرمان أشار إلى هيجز باسم «الجسيم الملعون»، كان الهدف من اللقب هو السخرية من مدى صعوبة اكتشاف الجسيم، استغرق الأمر ما يقرب من نصف قرن ومُسرع جسيمات بمليارات الدولارات للقيام بذلك.[1]

كان من المفترض أن يكون «الجسيم الملعون» هو عنوان كتاب ليدرمان الذي صدر في تسعينيّات القرن الماضيّ وحظي بشعبية كبيرة لكتاب عن الفيزياء، ومع ذلك لم يكن ناشروه متفقين تمامًا مع هذه الصياغة، لذلك تم تغيير العنوان إلى «جسيم الرب».[1]

لسوء الحظَّ، تم تعليق نسخة الناشر من اللقب، والفيزيائيون غير سعداء بذلك.[1]

قال فيفيك شارما، الفيزيائيّ في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو ، لـ (Live Science) عندما تم اكتشاف هيجز :

«أنا لست متدينًا بشكل خاص، لكني أجد ذلك المصطلح إهانة لأولئك الذين يهتمون بأمر الدين».[1]

بالإضافة إلى الارتباط غير ذيّ الصلَّة بالدين، فإن الاسم المستعار لا يفعل أي شيء للمساعدة في شرح ما يفعله بوزون هيجز بالفعل، يرتبط الجسيم بمجال هيجز الذي يعتقد الفيزيائيون أنه يتخلل كل الزمكان ويساعد في إعطاء الجسيمات الأخرى كتلتها. أنت لا تحصل على ذلك حقًا من «جسيم الرب» ومع ذلك، تحصل على نكتة مضحكة حول القداس والكتلة الكاثوليكية من بوزون هيجز التي أخبرنا بها نيل ديجراس تايسون – وهي أقرب ما تكون إلى الدين مثل الجسيم.[1]

نعم، بوزون هيجز صفقة كبيرة وجزء لا يتجزأ من النموذج القياسيّ لفيزيّاء الجسيمات، ومع ذلك، فإن مقارنتها بإله أمر مبالغ فيه بعض الشيء. وبالنسبة للمبتدئين، ليس بوزون هيجز نفسه هو الذي يمنح الكتلة للجسيمات، فبوزون هيجز هو إثارة لحقل هيجز الذي يساعد الجسيمات الأخرى على المرور خلاله، وأنواع أخرى من تفاعلات الطاقة تساعد في تكوين الكتلة التي تتكون منك أنت وأنا. كما يعتقد بعض الفيزيائيين أنه يمكن أن يكون هناك عدَّة أنواع مختلفة من بوزونات هيجز وهذا هو أول نوع اكتشفناه.[1]

لذا ربما يجب علينا خفض كلمة «الرب» في «جسيم الرب؟» أو الأفضل من ذلك أن نسميها «الجسيم العلمانيّ تمامًا». أو مجرد «ماسون» لأنه بوزون يساعد في إعطاء الجسيمات الأخرى كتلتها، البوزونات الأخرى لها أسماء تتبع هذا النوع من نموذج التسميّة، على سبيل المثال، جسيمات الضوء هي أيضًا بوزونات وتسمى «فوتونات» – مزيج من الكلمتين «بوزون» و«صورة» (بمعنى الضوء).[1]

في الواقع، سيخبرك معظم الفيزيائيين أن الاسم الفعليّ للجسيم مثاليّ، ويخبرك أن الجسيم هو بوزون ويكرم بيتر هيجز، الفيزيائيّ الذي تنبأ بوجوده في الستينيّات.[1]

ومع ذلك، فإننا نتفق على أن «الجسيم الملعون» سيكون أفضل بكثير من «جسيم الرب».[1]

ولكن دعونا في البداية نشرح ما هي الجسميات الأوليّة حتى نعرف ما هي البوزونات وما أهميّة بوزون هيجز تمامًا.[1]

فيزياء الجسيمات

فيزياء الجسيمات هي فرع من فروع الفيزياء التي تدرس المكونات الأوليّة للمادة والإشعاع، والتفاعلات بينهما.[2]

ويسمى أيضًا «فيزياء الطاقة العاليّة»، لأن العديد من الجسيمات الأوليّة لا تحدث في الظروف العاديّة في الطبيعة، ولكن يمكن إنشاؤها واكتشافها أثناء الاصطدامات النشطة للجسيمات الأخرى، كما هو الحال في مسرعات الجسيمات.[2]

تركز أبحاث فيزياء الجسيمات الحديثة على الجسيمات دون الذريّة، التي لها بنية أقل من الذرات.[2]

وتشمل هذه المكونات الذريّة مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات (البروتونات والنيوترونات هي في الواقع جسيمات مركبة، مكونة من كواركات)، والجسيمات التي تنتجها عمليات التشتت والإشعاع، مثل الفوتونات والنيوتريونات والميونات، بالإضافة إلى نطاق واسع من الجسيمات الغريبة.[2]

بالمعنى الدقيق للكلمة، مصطلح جسيم تسمية خاطئة لأن ديناميات فيزياء الجسيمات تحكمها ميكانيكا الكم.[2]

على هذا النحو، فإنهم يعرضون ازدواجية «موجة – جسيم»، ويعرضون سلوكًا شبيهًا بالجسيمات في ظل ظروف تجريبيّة معينة وسلوكًا شبيهًا بالموجة في حالات أخرى (يتم وصفها بشكل أكثر تقنيًا بواسطة نواقل الحالة في فضاء هيلبرت).[2]

يمكن وصف جميع الجسيمات وتفاعلاتها التي لوحظت حتى الآن من خلال نظرية المجال الكميّ تسمى النموذج القياسيّ.[2]

يحتوي النموذج القياسيّ على 40 نوعًا من الجسيمات الأوليّة (24 فرميونًا، و12 بوزونًا متجهًا، و4 سلالم)، والتي يمكن أن تتحد لتشكل جسيمات مركبة، وهو ما يمثل مئات الأنواع الأخرى من الجسيمات التي تم اكتشافها منذ الستينيات.[2]

لا يكتفي فيزيائيّو الجسيمات بدراسة العالم المجهريّ للخلايا أو الجزيئات أو الذرات أو حتى النوى الذرية. إنهم مهتمون بالعمليات الفيزيائيّة التي تحدث على مستويات أصغر حتى من النوى الذريّة، وفي الوقت نفسه يتعاملون مع أكثر الألغاز عمقًا في الطبيعة: كيف بدأ الكون؟ ما الذي يفسر نمط الكتل في الكون؟ لماذا يوجد في الكون مادة أكثر من المادة المضادة؟ لماذا يتم الحفاظ على الطاقة والزخم؟ وكيف سيتطور الكون؟[2]

الأربع قوى الأساسيّة

خطوة مهمة للإجابة عن هذه الأسئلة هي فهم الجسيمات وتفاعلاتها، يتم التعبير عن تفاعلات الجسيمات من حيث أربع قوى أساسيّة، من أجل تناقص القوة، هذه القوى هي القوة النوويّة الشديدة، والقوة الكهرومغناطيسية، والقوة النوويّة الضعيفة، وقوة الجاذبية.

  1. قوة نوويّة قويّة: القوة النوويّة القويّة هي قوَّة جاذبة قويّة جدًا لا تعمل إلا على مسافات قصيرة جدًا (حوالي {10} ^ {- 15} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ {m}). االقوة النوويّة القويّة هي المسؤولة عن ربط البروتونات والنيوترونات معًا في النوى الذريّة. لا تشارك كل الجسيمات في القوّة النوويّة القويّة؛ على سبيل المثال، لا تتأثر الإلكترونات والنيوترينوات به، كما يوحي الاسم، هذه القوة أقوى بكثير من القوى الأخرى.[2]
  2. القوَّة الكهرومغناطيسيّة: يمكن أن تعمل القوَّة الكهرومغناطيسيّة على مسافات كبيرة جدًا (لها نطاق غير محدود) ولكنها تساوي (1/100) فقط من قوة القوة النوويّة القوية. يقال إن الجسيمات التي تتفاعل من خلال هذه القوة لها «شحنة». في النظرية الكلاسيكيّة للكهرباء الساكنة (قانون كولوم)، تختلف القوة الكهربائية كنتاج لشحنات الجسيمات المتفاعلة، وكمربعٍ عكسيّ للمسافات بينهما. على عكس القوة الشديدة، يمكن أن تكون القوَّة الكهرومغناطيسيّة جذابة أو مثيرة للاشمئزاز (تجتذب الشحنات المعاكسة وتتنافر الشحنات المماثلة). تعتمد القوة المغناطيسيّة بطريقةٍ أكثر تعقيدًا على الشحنات وحركاتها. يعتبر توحيد القوة الكهربائيّة والمغناطيسيّة في قوة كهرومغناطيسيّة واحدة (إنجاز لجيمس كلارك ماكسويل) أحد أعظم الإنجازات الفكريّة في القرن التاسع عشر. هذه القوة أساسية للنماذج العلميّة للتركيب الذري والترابط الجزيئيّ.[2]
  3. قوة نوويّة ضعيفة: تعمل القوة النوويّة الضعيفة على مسافات قصيرة جدًا ({10} ^ {- 15} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ {m} \) وكما يوحي اسمها، فهي شديدة الضعف للغاية. إنها تقريبًا {10} ^ {- 6} قوة القوة النوويّة الشديدة. تتجلى هذه القوة بشكلٍ ملحوظ في تحلل الجسيمات الأوليّة وتفاعلات النيوترينو. على سبيل المثال، يمكن أن يتحلل النيوترون إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو إلكترونيّ من خلال القوة الضعيفة، والقوة الضعيفة مهمة بشكلٍ حيويّ لأنها ضرورية لفهم التركيب النوويّ النجميّ – العملية التي تخلق نوى ذرية جديدة في لُبِّ النجوم.[2]
  4. قوة الجاذبية: مثل القوة الكهرومغناطيسيّة، يمكن لقوَّة الجاذبية أن تعمل على مسافات كبيرة بلا حدود؛ ومع ذلك، فهي فقط {10} ^ {- 38} بنفس قوة القوة النوويّة الشديدة. في نظرية الجاذبيّة الكلاسيكيّة لنيوتن، تختلف قوة الجاذبيّة كنتاج كتل الجسيمات المتفاعِلة وكمربعٍ عكسيّ للمسافة بينهما. هذه القوة هي قوَّة جاذبة تعمل بين جميع الجسيمات ذات الكتلة في نظريات الجاذبيّة الحديثة، ويعتبر سلوك القوة هذا حالة خاصة للتفاعلات العيانيّة منخفضة الطاقة بالمقارنة مع قوى الطبيعة الأخرى، فإن الجاذبية هي الأضعف إلى حدٍ بعيد.[2]

قد لا تكون القوى الأساسية «أساسية» حقًا ولكنها قد تكون في الواقع جوانب مختلفة لنفس القوَّة. مثلما تم توحيد القوى الكهربائيّة والمغناطيسيّة في قوة كهرومغناطيسيّة، وحد الفيزيائيون في السبعينيات القوة الكهرومغناطيسيّة مع القوة النووية الضعيفة في قوة كهروضعيفة. أي نظرية علمية تحاول توحيد القوة الكهروضعيفة والقوة النووية القوية تسمى النظرية الموحدة الكبرى، وأيّ نظرية تحاول توحيد القوى الأربع تسمى نظرية كل شيء.[2]

في نهاية هذا المقال نكون قد استعرضنا لكم فكرة بسيطة عن فيزياء الجسيمات والقوى الأربعة التي تربطها، ولكن لمعرفة المزيد عن خصائص الجسيمات، ومسرع الجسيمات، ولمعرفة ماهية جسيم هيجز فيرجى متابعة هذه السلسلة وقراءة باقي الأجزاء…