اهتز الـ”ميون” الذري فتزلزل علم الفيزياء لسبب قد تفسره فراشة!

جذر مشترك في نظرة العلم إلى الكون والذرة لكنه قد يتخلخل

اندبندنت عربية \ أحمد مغربي صحافي @twitillard

قبل أن تقرأ، انس الدقة وصحة المعلومات، لن يسعفك سوى النقد والتشكك وعدم التصديق. ليست الكلمات التالية سوى مجرد خربشات على الموضوع الذي تتناوله، وسيتمثل أقصى ما تحققه في محاولة الهرب من الفشل، عبر تقريبات وتشبيهات وتوصيفات هي واهية الصلة بالحقائق العلمية الضخمة التي تناولها. ويكاد يستحيل ألا يفرض التنبيه السابق نفسه على الكتابة عما تناقلته وسائل الإعلام أخيراً بشأن الاكتشاف العلمي الذي حققه “مختبر فيرمي الوطني” الأميركي عن رصد اهتزاز غير طبيعي في الـ”ميون” Muon، أحد المكونات التي تدخل في تكوين المكونات التي تتألف منها أجزاء الذرة، لكنه يهدد بنسف النظريات العلمية الراسخة عن الذرات وقواها والكون وما يتفاعل في دواخله. استباقاً، يشبه ذلك ما تسميه نظرية الفوضى بـ”أثر رفة الفراشة” بمعنى أن شيئاً صغيراً هيناً قد يحدث، لكن تتلاقى منظومة من التفاعلات تتكفل بتضخيم أثره فيصبح مزلزلاً. ومع الاعتذار من السياسة، يشبه ذلك ترف فراشة في الصين، فتحدث أعاصير فوق سواحل كاليفورنيا!

جسدك يخترقه الـ”ميون”

هل تقرأ هذه المقالة؟ أثناء قراءتك لها تخترق جسدك أمواج وسيول من ذلك الجسيم الغرائبي الذي يوصف بأنه من المكونات الأساسية للأشياء الرئيسة التي تتكون منها الذرة! سيعبر ذلك الذي يسمى “ميون” Muon جسدك ومحيطك، قبل أن يخترق الأرض تحتك، وتنتهي رحلته على بعد حوالى الميل من سطح الأرض.

لنبدأ بالقول إن الـ”ميون” يوصف بأنه جسيم إنه يشبه البرق خاطف، إذ إنه لا يستمر سوى 2.2 جزء من الألف من الثانية. إنه أثقل من الإلكترون بمئتي ويتمتع بقوة مغناطيسية معينة. وغالباً، إنه يصل إلى أرضنا محمولاً ضمن تموجات كونية تسير بسرعة قريبة من الضوء.

يبدو أن الكلام انفلت مأخوذاً بقوة الاكتشاف العلمي، من دون التنبه إلى إيراد توضيحات لازمة. بصورة عامة، نعرف أن الكون مكون من ذرات وقوى. تتجمع الذرات بطرق مختلفة وتشكل كل أنواع المادة في الكون.

وفي لحظة تختطف فيها مخيلات جمهور واسع بفيلم “أوبنهايمر” عن القنبلة الذرية، تبدو الإشارة إلى القوى الهائلة التي تختزنها الذرات وأنويتها، أمراً مألوفاً. وبتذكير تبسيطي متخلخل، تتألف الذرة من إلكترونات فائقة الخفة بشحنة كهربائية سلبية تدور حول نواة تتكون أساساً من جسيمات ثقيلة نسبياً هي البروتونات التي تحمل شحنة موجبة والنيوترانات التي لا كهرباء فيها.

من أين تأتي الذرات؟ من أين يأتي البروتون والنيوترون والإلكترون؟

وباختصار مملوء بالخلل، ترتكز نظرية الـ”بيغ بانغ” (الانفجار العظيم) المعروفة بأن الكون بأكمله، بكل ما يحتويه من مجرات وقوى هائلة، ابتدأ من نقطة واحد لا متناهية في الصغر، وبالتالي فقد كانت فائقة الكثافة والحرارة وتحتوي على طاقة هائلة يصعب وصف مداها، بل إنها شبه لا نهائية. وانفجرت في لحظة بداية الكون، قبل حوالى 13.5 بليون سنة أو ما يقرب من ذلك. بعدها، راحت تلك الطاقة تبرد شيئاً فشيئاً، بالترافق مع تحول جزء منها إلى ذرات تجمعت في غيوم ضخمة، تشكلت منها أجرام السماء كلها.

لكن، كيف حدث ذلك؟ ما علاقة ذلك الحدث الكوني الهائل، بالذرات وتراكيبها وقواها؟ ما علاقة ذلك مع الـ”ميون” واهتزازاته؟

لنحاول البدء تبسيط ما فكر به عالم الفيزياء البريطاني بيتر هيغز (94 سنة) وعلاقته مع الاهتزاز الخارج عن المألوف للـ”ميون” الذي يهدد بإطلاق زلزال في علوم فيزياء الذرة والكون.

قبل ما يزيد على ستة عقود، وضع هيغز نظرية عن وجود جسيمات أصغر من الذرة لكنها تمثل السبب في وجود الذرات كلها. ولقيت نظريته ترحيباً فورياً، بل سميت تلك الجسيمات على اسمه، وعرفت باسم “بوزون هيغز” Boson Higgs.

فكر هيغز في اللحظات الأولى تماماً من انتقال الطاقة إلى مادة، وبالتوافق مع المعادلة الفائقة الشهرة عن التبادل بين المادة والطاقة E= αMC2 التي وضعها آلبرت آينشتاين. وتصور هيغز أن تلك اللحظات الخاطفة، تضمنت ظهور نثار غبار من جسيمات فائقة الصغر ولها ميزات خاصة في الطاقة، تجعل منها “الجسر” الذي تعبر عليه الطاقة كي تتحول إلى مكونات مادية، مع القوى التي تحملها تلك المكونات أيضاً.

في عام 2012، أجرى “المركز الأوروبي لبحوث الفيزياء الذرية” (سيرن CERN) تجربة ضجت بها أركان المعمورة، إذ أثبتت صحة الفرضية العلمية بشأن جسيمات “بوزون هيغز”. وفي 2013، منح هيغز جائزة نوبل في الفيزياء تقديراً لاكتشافه جسيم “بوزون” بوصفه الجسر الذي تعبره الطاقة كي تصبح أشياء مادية تأتلف وتتفاعل في تكوين الذرات.

في مختبر انريكو فيرمي الوطني الأميركي للفيزياء لاحظ العلماء تمرد جسيم ما دون ذري على النظريات العلمية المعروفة (مختبر فيرمي)

ما بعد عبور جسر بوزون هيغز

إذاً، يبدأ الأمر بالطاقة الكونية الهائلة التي تبرد ثم تظهر سحابات هائلة من “جسور” غبار لامعة، هي جسيمات بوزون هيغز، ثم تتكون جزئيات هينة التركيب تتناقل أسمائها ألسن الإعلام أحياناً، ويعرفها العلماء وهواة العلم وأخباره، كالكوارك وما يسمى الأوتار الفائقة وغيرها. هل الكلمات السابقة صحيحة؟ إذا كانت الإجابة نعم، فسيرافق ذلك ضحك مريح. إنه مجرد تقريب وخربشة كلها خلل، لكنها تشير إلى الترابط بين نظرة العلم إلى تشكل الكون عبر “الانفجار العظيم” وتدفقات الطاقة الهائلة، وبين الذرات التي تشكل مواد الكون كلها. وتتضمن مسارات الترابط بين الكوني والذري، ما يسمى بـ”النموذج المعياري لفيزياء الجسيم” Standard Model of Particle Physics.

ولربما يسهل تخيل تجمع مكونات صغيرة إلى أشياء أكبر، كبناء منزل بالحجارة. لكن، كيف نشرح مسألة الطاقة في الذرة والكون؟

مع كل سعي ممكن إلى تجنب المتاهات، يشرح “النموذج المعياري” طاقتين أساسيتين داخل الذرة، تسمى الأولى “الطاقة القوية” كتلك التي تظهر في القنابل الذرية والنووية، ويُطلق على الثانية  تسمية “آلية هيغز” التي تمزج الكهرومغناطيسية مع القوى الضعيفة [كتلك التي تحدث في التفاعلات الكيماوية مثلاً]. وتبقى الجاذبية خارج ذلك التوصيف.

ووفق ما ربما لاحظه معظم القراء، لا يشرح ذلك أشياء كثيرة من بينها المادة المظلمة والقوة المظلمة، وهما مجرد غيض من فيض.

في المقابل، ينظم “النموذج المعياري” المعطيات بشأن العلاقة بين القوى الكونية وبين تراكيب الذرة. ومن ضمن ما يشمله ذلك النموذج الذي يستند إليه علماء الفيزياء الكونية والذرية، توصيف عن وجود مكونات غير مستدامة فما أن تظهر حتى تختفي، تظهر خلال عبور الطاقة الجسور المتنوعة، على غرار “بوزون هيغز” كي تكون الذرات وما تحتويه من قوى. إذاً، إن تلك المكونات غير المستدامة، على غرار الـ”ميون”، تشكل ركناً أساساً في فهم الفيزياء المعاصرة [فيزياء آينشتاين والكمومية] للذرة والكون. وإذا ظهر أن شيء أساسي ما يتصرف خارج ما يستند إليه العلم في فهم الكون، ينفتح الباب لخلخلة النظريات كلها، وربما الانتقال إلى فرضيات أخرى ونظريات أخرى.

واستناداً إلى ذلك، يمكن فهم الكلمات التي عبر بها العالم بريندان كيسي، كبير العلماء في “مختبر فيرمي” وأشرف على صوغ ورقة علمية وصفت التجربة على الـ”ميون” وأثبتت أن اهتزازاته لا تسير وفق الإيقاع الموصوف في نظريات الفيزياء المعاصرة، مما يعني وجود فجوة بين التوقعات النظرية وبين ما تثبته التجارب العلمية المستندة إلى تلك التوقعات نفسها.

وبحسب كلمات بريندان كيسي “نحن نبحث عن مؤشر على أن الـ’ميون’ يتفاعل مع شيء لا نعرفه. يمكن أن يكون أي شيء [كأن يكون] جسيمات جديدة، قوى جديدة، أبعاد جديدة، سمات جديدة للزمكان، أي شيء”.

ولعل تلك الكلمات تصلح وصفاً لأثر رفة الفراشة التي وردت في بداية المقالة، بمعنى أن تغييراً هيناً في اهتزاز جسيم يكاد يكون خفياً، قد يؤدي إلى زلزلة نظريات علمية ظلت راسخة زمناً مديداً.

المزيد عن: النموذج المعياري للذرةبوزون هيغزكواركالأوتار الفائقة