اكتشف الباحثون جسيمًا جديدًا قريبًا مغناطيسيًا لبوزون هيغز . في حين أن اكتشاف بوزون هيغز يتطلب قوة هائلة لتسريع الجسيمات لمصادم الهادرون الكبير (LHC) ، تم العثور على هذا الجسيم الذي لم يسبق رؤيته – والذي أُطلق عليه اسم بوزون هيغز المحوري – باستخدام تجربة يمكن وضعها على سطح مطبخ صغير. .
بالإضافة إلى كونها الأولى في حد ذاتها ، فإن ابن العم المغناطيسي لهيجز بوزون – الجسيم المسؤول عن منح الجسيمات الأخرى كتلتها – يمكن أن يكون مرشحًا للمادة المظلمة ، والتي تمثل 85٪ t من الكتلة الكلية للكون لكنها تكشف عن نفسها فقط من خلال الجاذبية.
قال كينيث بورش ، أستاذ الفيزياء في كلية بوسطن وكبير الباحثين في الفريق الذي توصل إلى الاكتشاف ، لـ Live Science: “عندما عرضت لي طالبي البيانات ، اعتقدت أنها لا بد أنها مخطئة”. “ليس كل يوم تجد جسيمًا جديدًا يجلس على سطح الطاولة.”
يختلف بوزون هيغز المحوري عن بوزون هيغز ، والذي تم اكتشافه لأول مرة بواسطة ATLAS و CMS في LHC منذ عقد مضى في عام 2012 ، لأنه يحتوي على لحظة مغناطيسية ، وقوة مغناطيسية أو اتجاه ينتج عنه مجال مغناطيسي. على هذا النحو ، فإنه يتطلب نظرية أكثر تعقيدًا لوصفها من نظريتها غير المغناطيسية التي تمنح الكتلة.
في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، تظهر الجسيمات من مجالات مختلفة تتخلل الكون ، وتشكل بعض هذه الجسيمات القوى الأساسية للكون. على سبيل المثال ، تتوسط الفوتونات في الكهرومغناطيسية ، وتتوسط الجسيمات الضخمة المعروفة باسم بوزونات W و Z القوة النووية الضعيفة ، التي تتحكم في الانحلال النووي عند المستويات دون الذرية. عندما كان الكون فتيًا وساخنًا ، كانت الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة شيئًا واحدًا وكانت كل هذه الجسيمات متطابقة تقريبًا. عندما يبرد الكون ، تنقسم القوة الكهروضعيفة ، مما يتسبب في اكتساب البوزونات W و Z كتلة والتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الفوتونات ، وهي عملية أطلق عليها علماء الفيزياء “كسر التناظر”. ولكن كيف بالضبط أصبحت هذه الجسيمات الوسيطة ضعيفة القوة ثقيلة جدًا؟
اتضح أن هذه الجسيمات تفاعلت مع مجال منفصل ، يُعرف باسم مجال هيغز. أدت الاضطرابات في هذا المجال إلى ظهور بوزون هيغز وأعارت بوزون W و Z ثقلهما.
متعلق ب:
يتم إنتاج بوزون هيغز في الطبيعة عندما ينكسر مثل هذا التناظر. قال بورتش: “مع ذلك ، عادةً ما يتم كسر تماثل واحد فقط في كل مرة ، وبالتالي يتم وصف Higgs فقط من خلال طاقتها”.
النظرية الكامنة وراء بوزون هيغز المحوري أكثر تعقيدًا.
“في حالة بوزون هيغز المحوري ، يبدو أن العديد من التناظرات مقطوعة معًا ، مما يؤدي إلى شكل جديد من النظرية ووضع هيغز [التذبذبات المحددة لحقل كمي مثل حقل هيغز] الذي يتطلب معلمات متعددة لوصفه : على وجه التحديد ، الطاقة والزخم المغناطيسي “.
أوضح بورش ، الذي وصف مع زملائه ابن عم هيغز المغناطيسي الجديد في دراسة نُشرت يوم الأربعاء (8 يونيو) في مجلة نيتشر ، أن بوزون هيغز الأصلي لا يقترن مباشرة بالضوء ، مما يعني أنه يجب إنشاؤه عن طريق تحطيم الجسيمات الأخرى. جنبًا إلى جنب مع المغناطيسات الهائلة والليزر عالي الطاقة مع تبريد العينات أيضًا إلى درجات حرارة شديدة البرودة. إن تحلل تلك الجسيمات الأصلية إلى أجزاء أخرى هو الذي يظهر بشكل عابر للوجود والذي يكشف عن وجود هيغز.
من ناحية أخرى ، نشأ بوزون هيغز المحوري عندما تحاكي المواد الكمومية في درجة حرارة الغرفة مجموعة معينة من التذبذبات ، تسمى وضع هيغز المحوري. ثم استخدم الباحثون تشتت الضوء لمراقبة الجسيمات.
“لقد وجدنا بوزون هيغز المحوري باستخدام تجربة بصريات منضدية توضع على طاولة قياسها حوالي 1 × 1 متر من خلال التركيز على مادة ذات مجموعة فريدة من الخصائص ،” تابع بورش. “على وجه التحديد ، استخدمنا ترايتلوريد الأرض النادرة (RTe3) [مادة كمومية ذات بنية بلورية ثنائية الأبعاد للغاية]. والإلكترونات في RTe3 تنظم نفسها في موجة حيث يتم تعزيز كثافة الشحنة أو تقليلها بشكل دوري.”
يمكن تعديل حجم موجات كثافة الشحنة هذه ، والتي تظهر فوق درجة حرارة الغرفة ، بمرور الوقت ، مما ينتج عنه وضع هيغز المحوري.
في الدراسة الجديدة ، أنشأ الفريق وضع Higgs المحوري عن طريق إرسال ضوء ليزر من لون واحد إلى بلورة RTe3. تبعثر الضوء وتغير إلى لون ذي تردد أقل في عملية تُعرف باسم تشتت رامان ، وأنتجت الطاقة المفقودة أثناء تغيير اللون وضع هيغز المحوري. قام الفريق بعد ذلك بتدوير البلورة ووجدوا أن وضع هيغز المحوري يتحكم أيضًا في الزخم الزاوي للإلكترونات ، أو معدل تحركها في دائرة ، في المادة مما يعني أن هذا الوضع يجب أن يكون مغناطيسيًا أيضًا.
في الأصل كنا نحقق ببساطة في خصائص تشتت الضوء لهذه المادة. أوضح بورش عند فحص تناسق الاستجابة بعناية – كيف اختلف عندما قمنا بتدوير العينة – اكتشفنا تغييرات شاذة كانت بمثابة تلميحات أولية لشيء جديد. “على هذا النحو ، فهو أول مغناطيسي يتم اكتشافه Higgs ويشير إلى أن السلوك الجماعي للإلكترونات في RTe3 لا يشبه أي حالة سبق رؤيتها في الطبيعة.”
كان علماء فيزياء الجسيمات قد تنبأوا سابقًا بوضع هيغز المحوري ، بل واستخدموه لشرح المادة المظلمة ، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم ملاحظتها فيها. هذه أيضًا هي المرة الأولى التي يلاحظ فيها العلماء حالة ذات تناظرات متعددة مكسورة.
يحدث كسر التناظر عندما يصبح النظام المتماثل الذي يظهر كما هو في جميع الاتجاهات غير متماثل. تقترح جامعة أوريغون التفكير في هذا على أنه عملات معدنية دوارة لها حالتان محتملتان. تسقط العملة في النهاية على رأسها أو وجهها الذيل وبالتالي تطلق الطاقة وتصبح غير متكافئة.
حقيقة أن كسر التناظر المزدوج لا يزال يتوافق مع نظريات الفيزياء الحالية أمر مثير ، لأنه يمكن أن يكون طريقة لتكوين جسيمات غير مرئية حتى الآن يمكن أن تفسر المادة المظلمة.
قال بورش: “الفكرة الأساسية هي أنه لتفسير المادة المظلمة ، فإنك تحتاج إلى نظرية تتفق مع تجارب الجسيمات الحالية ، ولكنها تنتج جسيمات جديدة لم تُرَ بعد”.
وقال إن إضافة كسر التناظر الإضافي عبر وضع هيغز المحوري هي إحدى الطرق لتحقيق ذلك. على الرغم من توقع الفيزيائيين ، إلا أن ملاحظة بوزون هيغز المحوري كانت مفاجأة للفريق ، وقضوا عامًا في محاولة التحقق من نتائجهم ، على حد قول بورش.
يجب أنت تكون مسجل الدخول لتضيف تعليقاً.