[~ دروب الخير ~]

هل أمكن اكتشاف هذه الجسيمات كلها وكيف؟
هناك بين الجسيمات المعروفة ما يوجد في الطبيعة مثل الالكترون، وهو جسيم مكون لذرات المادة، والنيوترينو، وهو جسيم حيادي الشحنة موجود في الأشعة الكونية. وهناك جسيمات أخرى لم توجد إلا في اللحظات الأولى من عمر الكون ولا يمكن اكتشافها إلى بواسطة مسرعات أو مصادمات هائلة. فلو تخيلنا أننا نريد اكتشاف بنية تحتية في بنية أكبر منها مثل البروتون، يمكننا أن نفعل ذلك بسبر هذه البنية بإرسال جسيم أو جسيمات سابرة عليها. وكان لويس دو بروي قد حدد عام 1923 طول الموجة المرتبط بهذه الجسيمات السابرة بحسب ثنائية الموجة الجسيم. لكننا نعرف أن الظاهرة الموجية لا تندمج إلا مع أجسام ذات أبعاد أكبر من طول موجتها. ومن أجل سبر الأجسام الصغيرة يجب إذن إرسال جسيمات سابرة عليها بطول موجة قصير جداً، أي بطاقة عالية جداً. وتبنى المسرعات أو المصادمات على هذا المبدأ. ففي المسرع تسير حزمتان من الجسيمات ذات الطاقة العالية باتجاهين مختلفين. ويؤدي تصادم جسيمين من الحزمتين إلى انتاج جسيمات أخرى بحسب مبدأ التكافؤ بين الكتلة والطاقة الناتج عن النظرية النسبية الخاصة. وكلما كانت طاقة الصدم أكبر، تكون الجسيمات الناتجة أكبر كتلة. وهذا لا يعنى أنها أكبر حجماً على الاطلاق! بل على العكس، فكلما كانت كتلتها وبالتالي طاقتها أكبر فإن حجمها أو بشكل أدق طول الموجة المرتبط بها يكون أصغر. ويكون عمر هذه الجسيمات قصيراً جداً، بحيث لا يمكن لأي جهاز أن يرصد أو يصور مباشرة حادثة الصدم. وما يكشفه المجربون هو الآثار الباقية من تحلل هذه الجسيمات. وهم يضعون العديد من الكواشف حول نقطة الصدم من أجل تحديد موضعها وطاقتها.





تشكل الجسيمات الأولية البنية الأساسية للمادة في الكون. ما هي الصلات القائمة فيما بينها؟

تقسم الجسيمات إلى عائلتين هما الفرميونات التي تشكل المادة والبوزونات التي تنقل التفاعلات بين الجسيمات. وهناك نمطان من الجسيمات في مجموعة الفرميونات: فمن جهة هناك اللبتونات التي لا تشارك في التفاعلات الشديدة، ومن جهة أخرى الكواركات المختلفة النكهات والألوان والتي تشارك في كافة التفاعلات. وتحدد شحنات النكهة (وعددها ست) واللون (وعددها ثلاث) للكواركات سلوكها تبعاً للتفاعل الضعيف والقوي. إن البوزونات، وهي موجهات التفاعلات الأساسية الأربعة، هي الفوتون بالنسبة للتفاعل الكهرطيسي، والغليونات للتفاعل الشديد وهي تربط الكواركات فيما بينها، والبوزونات حاملات التفاعل الضعيف، وأخيراً الغرافيتون ناقل الجاذبية. وقد صُنفت الفرميونات والبوزونات في ثلاث مجموعات في النموذج المعياري، وهو نظرية تذهنية تسمح بالتنبؤ بكافة الظاهرات التي تنتج عن التفاعلات الأساسية باستثناء الجاذبية. ويمكن استنتاج المجموعتين الأخيرتين من الأولى إذ لا يتميز الجسيم فيهما عن جسيمات المجموعة الأولى إلا بالكتلة. فالميون ليس سوى الكترون إنما أثقل قليلاً، وكذلك التون هو ميون أثقل منه قليلاً. فكما لو كانت الطبيعة قد قد بنت المادة وفق ثلاث مراحل. ويقبل الفيزيائيون بأن النموذج المعياري كان يمكن أن يكون صحيحاً بمجموعة واحدة من الجسيمات.


لماذا لا يوجد مجموعة واحدة أو خمس مجموعات مثلاً من الجسيمات؟
إنه أحد الأسئلة الكبيرة المطروحة حالياً في الفيزياء. ولا بد من العودة إلى مفهوم التناظر لفهم جوانب هذه المسألة. فنظرية الحقول الكمومية تقتضي وجود تناظر يقال له CTP، وهو نتاج تناظرات الشحنة C (حيث نستبدل الشحنة بشحنة معاكسة)، والفراغ P (حيث نستبدل إشارات الاحداثيات الفراغية)، والزمن T (حيث نعكس اتجاه الزمن). أن عدم تغير الفيزياء عبر التناظر CPT يمكن أن يجعلنا نعتقد أنه يوجد أيضاً ثبات فيزيائي بالنسبة لـ C و P و CP و T بشكل منفصل. لكن التفاعل الضعيف يشرخ هذا المبدأ: فهو ليس ثابتاً بالنسبة للتناظر CP. ويعني ذلك عملياً أنه ضمن صيرورات من التحلل الاشعاعي، فإن تغيير شحنة جسيم بشحنة معاكسة والنظر إلى النتيجة بالمرآة (أي عكس الاحداثيات) هو صيرورة ليس لها الاحتمال نفسه الذي لصيرورة البدء. فانكسار التناظر CP هذا يمكن أن يفسر غلبة المادة في الكون على المادة المضادة التي تحمل دوماً الشحنة المعاكسة لشحنة المادة. وقد توصل الفيزيائيون إلى تبيان أن الانكسار في إطار النموذج المعياري ليس ممكناً إلا إذا كان يوجد ثلاث مجموعات حصراً من الجسيمات.