«مُصادِم الهِدرونات الكبير» في 5 حقائق

بعد توقّف مفاجئ عن العمل في شباط (فبراير) 2013، عاد «مُصادِم الهِدرونات الكبير» Great Hadrons Collider إلى العمل بأداء أفضل من أي وقت مضى، قبل بضعة أسابيع. وفي فترة توقّف ذلك المُسرّع للجسيمات الذريّة الذي تديره «المنظمة الأوروبيّة للبحوث النوويّة» («سيرن»)، ويتمدّد على عشرات الكيلومترات تحت الأرض قرب جنيف، عمل العلماء على تطوير أجزائه وإصلاحها، بما فيها كاشفات الجسيمات.
ويصل عمل «مُصادِم الهِدرونات الكبير» إلى سرعته الكاملة في شهر أيّار(مايو) المقبل. وناقش العلماء الآفاق الجديدة لعمل «مُصادِم الهِدرونات الكبير»، في سياق الاجتماع السنوي لل»رابطة الأميركيّة لتقدم العلوم» التي تتولى إصدار مجلة «ساينس» Science العلميّة المعروفة.
يعتبر «مُصادِم الهِدرونات الكبير» أقوى مُسرّع للجسيمات الذريّة. إذ تتحرّك البروتونات في أسطواناتها الملتفة التي يبلغ طولها 27 كيلومتراً، بسرعة الضوء... تقريباً.
وإذ تتصادم البروتونات في مواقع عدة خلال دورانها، تتولى كاشفات الجسيمات التدقيق في «الحطام» الذي ينجم من عمليات التصادم الذريّة.
وفي عام 2012، تمكّنت تجربتين موثّقتين في «مُصادِم الهِدرونات الكبير» من اكتشاف جسيم «بوزون هيغز» Boson Higgs، مع إعطاء بيانات صادرة من دواخل «مُصادِم الهِدرونات الكبير» للمرة الأولى، ما أعطى تفسيراً حول كيفية اكتساب الجسيمات الدقيقة لكتلتها الذريّة.
ومع عودته للعمل، يعتزم العلماء تشغيل «مُصادِم الهِدرونات الكبير» بطاقة أعلى بنسبة 60 في المئة عما كانه قبل التوقّف، إضافة إلى تزويده بكاشفات للجسيمات تكون أكثر دقة. فما هي الميّزات التي تقدّمها تلك الآلة الجديدة والمُحسّنة؟ في ما يلي خمسة أسئلة يأمل العلماء الإجابة عنها بفضل «مُصادِم الهِدرونات الكبير»:
1- هل يقدّم «بوزون هيغز» مفاجأة جديدة؟
يقدّم اكتشاف جسيم «بوزون هيغز»، إمكانيّة كبيرة لتعلّم أمور جديدة. وبفضل زيادة الطاقة في «مُصادِم الهِدرونات الكبير»، سوف يتمكّن الأخير من إنتاج جسيم «بوزون هيغز» بمعدل أعلى بخمس مرات من ذي قبل. وسيستخدم العلماء تلك الفيوض من جسيم «بوزون هيغز» لفهمها بدقة، ما يفتح الباب أمام محاولة الإجابة عن أسئلة من نوع «كيف تضمحلّ هذه الجسيمات»؟ و «هل تتطابق مع التوقّعات النظرية»؟
ويشكّل اكتشاف أي شيء جديد فعليّاً وميضَ أمل بالنسبة إلى علماء الفيزياء الذريّة الذين يبحثون عن أدلة ربما تعين في تفسير بعض الألغاز التي لم يجر حلّها بعد في مجال الفيزياء.
2- ما هي «المادة المُظلِمَة»؟
لا تشمل معارف البشر سوى 15 في المئة من المادة الموجودة في الكون. أمّا ما يتبقّى، فهو «المادة المُظلِمَة» Dark Matter غير المرئيّة التي لا يتوافر عنها سوى بعض إشارات كآثارها على الجاذبية في الكون، مع الإشارة إلى أنّ علماء الفيزياء يسعون جاهدين لمعرفة ماهيّة الجاذبيّة أصلاً.
ومن المرجح أن تكون المشكلة الكامنة في «المادة المُظلِمَة» هي تلك «الجسيمات الضخمة ذات التفاعل الضعيف» التي يمكن أن تظهر في «مُصادِم الهِدرونات الكبير». وتجدر الإشارة إلى أنّه يمكن العثور على آثار «المادة المُظلِمَة» في جسيم «بوزون هيغز» الذي ربما يكون أنه يتحوّل أحياناً إلى «مادة مُظلِمَة». ولا شكّ في أنّ العلماء سوف يدقّقون في بيانات تجارب متنوّعة للتوصّل إلى حلّ للغز «المادة المُظلِمَة».
3- هل من الممكن تطبيق نظرية «التناظر الفائق»؟
يشكّل «التناظر الفائق» Hyper Symmetry نظريةً معروفة جدّاً في الفيزياء الذريّة، بل يتوقّع أن من شأنها الإجابة عن أسئلة كثيرة في علوم الذرّة. ومثلاً، لماذا جاءت كتلة جسيم «بوزون هيغز» أخفّ من تلك التي توقّعها كثير من العلماء؟ وتقدّم نظرية «التناظر الفائق» عدداً كبيراً من الجسيمات الأوليّة الغرائبيّة التي هي أثقل من تلك المعروفة، لكنها تملك «زخماً» مختلفاً.
ومن الممكن أن تعزّز الطاقة المرتفعة في «مُصادِم الهِدرونات الكبير» إنتاجَ جسيمات افتراضيّة فائقة التناظر تُدعى «غلوينو»، ما يزيد احتمالات مشاهدتها، بالأحرى رصدها، بصورة فعليّة.
4- ما كان مصير «المادة المُضادة»؟
يجهل علماء الفيزياء كثيراً من الأشياء عن الكون وتشكّله. ووفق نظريات مختلفة في ذلك الشأن، كان الكون، بعد لحظة «الانفجار العظيم» («بيغ- بانغ» Big Bang)، يتشكّل من كميّات متساوية من المادة و «المادة المُضادة» Anti Matter، وهما نوعين يبطلان عمل بعضهما البعض، إذا التقيا.
وكان من المفترض أن يؤدي ذلك في نهاية المطاف إلى ظهور كون من دون حياة وخالٍ من المادة. وبدلاً من ذلك، أصبحت المادة وافرة في الكون، فيما ظلّت «المادة المُضادة» نادرة، ما يشير إلى تغيّر التوازن بين ذينك المُكونين، بطريقة أو بأخرى. ومع تحديث «مُصادِم الهِدرونات الكبير»، سوف تختبر التجارب بدقة آليات حدوث تفاوت بين المادة و «المادة المضادة»، ما يلقي أضواء جديدة على مسارات تشكّل الكون.
5- كيف ظهر «الكون الأوليّ»؟
بعد «الانفجار العظيم»، كان الكون ساخناً وكثيفاً إلى درجة حالت دون تشكيل البروتونات والنيوترونات (وهما مُكوّنان رئيسيين في نواة الذرّة). وكذلك كانت الجسيمات الدقيقة التي تشكّل المُكوّنين السابقين، وهما ال «كوارك» وال «غلوون»، تطفو في سحب كثيف معروفة باسم «بلازما كوارك - غلوون».
ولدراسة ذلك النوع من المواد، ينتج «مُصادِم الهِدرونات الكبير» اصطدامات عنيفة، معيداً إنشاء كرات ناريّة تشبه تلك التي يفترض أنها ظهرت في «الكون الأولي» Primordial Cosmos. وبفضل معدّل الاصطدامات المرتفع التي ينتجها «مُصادِم الهِدرونات الكبير» في ثوبه الجديد، ربما يتمكّن العلماء من تكوين فكرة عن ملامح الكون الأولية بأكثر مما فعلوا في الماضي.