«بنية الذرة»
لطالما كان إكتشاف تركيب المادة هو أمر معقد ومليء بالنظريات والإفتراضات التي بدأت منذ آلاف السنين فيما يسمي بنماذج بنيه الذرة، بدأ الامر بتصور «أرسطو» الذي رفض من الاصل فكرة الذرة واعتقد أن المواد كلها مهما إختلفت في طبيعتها فإنها تتكون من أربعه مكونات هي الماء والهواء والتراب والنار، تمضي القرون ويأتي «بويل» ليرفض فكرة أرسطو ويعطي مفهوما للعناصر بأنها مواد نقية لا يمكن تحليلها لما هو ابسط منها وأجرى تجربة علي الغازات علم من خلال إنضغاط الغاز أن المادة تتكون من دقائق صغيرة بينها فراغات تقل بزيادة الضغط، ثم أتي «دالتون» وافترض أن الذرة هي كرة مصمته غير قابلة للتجزئة وقال بأنها لا يمكن ان تنشطر، وبعد إكتشاف الإلكترون أفترض «طومسون» أن الذرة هي كرة مصمته مطمور بداخلها الكترونات سالبة وبروتونات موجبة وأنها متعادلة الشحنة.
ثم تأتي تجربة «رزرفورد» التي أجراها «جيجير وماريسيدن» بناء علي اقتراحه قال من خلالها أن الذرة هي في معظمها فراغ وليست كرة مصمته ومن الممكن أن يتم شطر الذرة، قال بأن مركز الذرة يوجد به جسيم كثيف يسمي النواة، وبعده أتي «نيلز بور» بنظريته الجديدة التي تصور فيها الذرة كنواة صغيرة موجبة الشحنه محاطة بالإلكترونات السالبة في مدارات مثل النظام الشمسي ولعل نموذج بور هو اهم مقدمة في دراسة ميكانيكا الكم.
لعل تلك الافتراضات هي ما مهد لعلم واسع وشامل وهو ــ فيزياء الجسيمات ــ والذي وفقا له تتكون الذرة من عائلتين :-
الأولي عائلة الفرميونات «Fermions»:
الكواركات — علوي up، وسفلي down وساحر Charm وغريب Strange و قمي Top وقعري Bottom.
ليبتونات — إلكترونات، ميون Muon، تاو Tao، نيوترينو إلكتروني، نيوترينو ميوني، نيوترينو تاو.
عائلة البوزونات «Bosons»:
بوزون قياسي — غلوون Gluon، بوزونات دبليو وزد W,Z Boson، فوتون
بوزونات أخرى — بوزون هيغز Higgs-Boson، جرافتون Graviton.
«تحطيم الذرات»
لطالما حلم العلماء بتحطيم الذرة ومعرفة ماهيتها والإجابة علي التساؤلات حول ماهيتها.
إذن لدراسة مكونات الذرة _او أي شيئ آخر _ علينا أن نقوم بتحطيم تلك الذرة_او ذلك الشيء_ لمعرفة ماهيتها ، ولكننا هنا لن نقوم (في بحثنا عن مكونات الذرة ) بطرقها بالمطرقة مثلا، ولكن يتم استخدام ما يسمي بمصادمات الجسيمات ولعل اشهرها علي الاطلاق هوا مصادم سيرن «مصادم الهادرونات الكبير».
علي عمق مائة متر_ أو 328 قدم _ تحت الارض، يقبع ذلك العملاق علي الحدود بين فرنسا و سويسرا، تلك الآله الدائرية والتي كشفت اسرارا من اسرار هذا الكون أو بالنسبة للبعض هي تلك الآلة التي قد تدمرالحياة علي الارض، هي اكبر آله تمت صناعتها من قِبل البشر حتي الآن، مصادم الهادرونات الكبير او«The Large Hadrons Collider».
مصادم الهادرونات الكبير هو جزء من مشروع أقامته المنظمة الاوروبية للابحاث النووية او «CERN»، ويقوم مصادم سيرن بتعجيل حزم من البروتونات والأيونات بسرعات كبيرة جدا تقترب من سرعه الضوء، تلك الحزم تتصادم مع حزم أخرى في الاتجاه المعاكس بنفس السرعات، ومن ثم، ومن بعد التصادم يقوم بتسجيل النتائج لكل تجارب صدام الهادرونات ، يأمل العلماء أن تخبرنا هذه النتائج المزيد عن كيفية بداية تكوّن هذا الكون .
آلاف العلماء من مختلف الدول يعملون معاً ويتنافسون معاً لعمل إسكشافات جديدة بناء علي تجارب ونتائج مصادم الهادرونات، هنالك سته مواقع علي محيط مصادم الهادرونات يقوم العلماء فيها بجمع البيانات للتجارب المختلفة، تلك التجارب التي تزيد يوما بعد يوم من فهمنا للكون ولكن هذا ليس الهدف الوحيد لذلك المصادم الذي كلف في بنائه بلايين الدولارات ومئات بل آلاف العلماء والمهندسين من مئات الدول، بكلام اخر، لعل تجارب مصادم الهادرونات تسبب مفاجآت اكبر من ذلك.
إذن ! ماذا يريد العلماء من تلك التجارب باهظة الثمن؟
في محاولة لفهم كيفية عمل الكون وفهم شكله ،إقترح العلماء نظرية تسمي بالنموذج القياسي أو «Standard Model»، تلك النظرية التي تحاول أن تعطي مفاهيماً للجسيمات الاولية التي يتكون منها كوننا هذا.
تقوم هذه النظرية علي الخلط بين النسبية لآينشتاين و النظرية الكميه «Quantum theory»، إلي جانب أخذ ثلاثة قوي من قوي الكون الاربعه الرئيسية في الإعتبار و هي القوي النووية الكبيرة والقوي النووية الصغيرة او الضعيفة و القوي الكهرومغناطيسية ولا تشتمل في مجملها علي قوي الجاذبية.
هذه النظرية قامت بالعديد من التوقعات والإفتراضات فيما يخص هذا الكون.
الكثير من تلك الافتراضات يبدو صحيحا وفقا لتجارب عديدة، ولكن الجانب الذي ظل مجهولا لفترة كبيرة هو ما يخص «جسيم بوزون هيجز-Higgs boson Particle»، ولكنه لم يعد مجهولا بعد الان .
بوزون هيجز يجيب علي عدة تساؤلات فيما يخص الكتلة، لماذا توجد للمادة كتلة ؟ ما هي موجدات تلك الكتلة ؟ ولماذا بعض الجسيمات لها كتلة بينما الاخري لا؟
بداية افتراض وجود بوزون هيجز كانت في معادلة كتبها بيتر هيجز في عام 1964، جزء من المعادلة كان يتحدث عن افتراض وجود بوزون هيجز واثبات وجوده هوا اثبات لصحة المعادلة بالكامل.
ويأتي عام 2011 حيث اعلن مختبر سيرن أنه تم رصد اشارات لجسيم هيجز في تجارب المصادم، وفي 2012 أعلن المختبر أن التجارب أثبتت تواجد بوزون هيجز بنسبة 99.999 % من وجوده الفعلي، وفي الرابع عشر من مارس من عام 2013 تم تأكيد وجود بوزون هيجز من خلال تجارب مصادم سيرن بنسبة 100%.
تخيل حوالي 50 سنة يظل فيها الكلام عن بوزون هيجز معادلة مكتوبة وتأتي تجارب سيرن لتثبت صحة معادلة بيتر هيجز.
تساؤل مهم آخر لدي العلماء فيما يخص المادة في حالات الكون الاولية، في خلال اللحظات الاولي لهذا الكون كانت الطاقة والمادة مدمجتين معا، ومباشرةً بعد انفصال المادة والطاقة فإن جسيمات من المادة وأخري من المادة المضادة دمرتا بعضهما البعض، وبإفتراض وجود كمية ممماثلة للمادة من المادة المضادة فمن المفترض أن يقوم كل منهما بملاشاة الاخر للأبد، ولكن لحسن الحظ كانت كمية المادة أكبر من كمية المادة المضادة، يقوم العلماء بمشاهدة المادة المضادة المتكونة بداخل مصادم سيرن أثناء تجاربه للإجابة علي التساؤل المهم فيما يخص سبب وجود كمية من المادة اكبر من تلك المضادة ؟؟
وباختصار فإن المادة المضادة هي نفسها المادة المعروفة ولكن بتضاد الشحنة ف مثلا الإلكترون سالب الشحنة في المادة له نظير موجب له نفس الكتلة يسمي البوزترون وهكذا.
«المادة المظلمة-Dark Matter»
المادة المظلمة تلعب دورا هاما في ابحاث مصادم الهادرونات الكبير، فتصورنا الحالي للكون يقترح أن المادة بمفهومها الذري والجزيئي الشائع في الكون تشغل نسبة 4%من الكون حولنا، المادة المظلمة والطاقة المظلمة فتشكلان نسبة 96 % من الكون.
بالنظر بتلسكوب سماوي أو مقراب مثل «Hubble» وتسليطه في الفضاء فإنه من الملاحظ ان الكون متماسك بشدة بفعل شيئ ما، شيء ما يمسك بالمجرات وبتجمعات المجرات.
لطالما تفاجأ الفلكيون بسلوك المجرات، عبر مراقبتها ومراقبة طريقة دورانها، فمثلا عند مراقبة مجرة حلزونيه فاننا نجد أن أطراف المجرة الحلزونيه تتحرك بسرعه أكبر من المسموح بها فيزيائيا، وقد لاحظ الفلكيون أمورًا أخري غريبة، هناك تجمعات كبيرة جدا للمجرات _مئات الآلاف منها _ تجمعات المجرات هذه مترابطة مع بعضها البعض ومازالت كلها تتحرك وتدور، إذن ما سبب ارتباطها بهذه المجاميع !! هنالك شيء يخلق جاذبية ورابطا يثبت هذه المجرات ويجعلها مستمرة في دورانها ونحن لا نراه. لذلك افترض الفيزيائيون وجود مادة تتصرف كصمغ تثبت الكون في مكانه تسمي المادة السوداء، والتي يأمُل العلماء أن يتعرّفوا على ماهيتها من خلال تجارب مصادم الهادرونات الكبير.
في المرة المقبلة سوف نستعرض كيفية عمل مصادم الهادرونات الكبير في سيرن ومكوناته وتجاربه العملاقه وكيفية حوسبة بياناته الضخمة والتي تصل إلى 15 مليون جيجابايت في السنة الواحدة، وسنتكلم أيضًا عن ما إذا كانت تجارب المُصادم خطيرةً على عالمنا أم لا.
المصادر:
إعداد:
