تم العثور على نمط غريب داخل أكبر جهاز تحطيم للذرات في العالم أثار حماس علماء الفيزياء

بالعربي/ قد يكون الفيزيائيون على وشك تحقيق اختراق كبير حيث تشير النتائج الجديدة إلى تحدٍ للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

اكتشف العلماء الذين يعملون في أكبر جهاز تحطيم للذرات في العالم نمطًا غريبًا في بياناتهم لا يمكن تفسيره من خلال قوانين الطبيعة الحالية.

وجدت إحدى تجارب المصادم الأربعة الهائلة التي يتم إجراؤها في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في جنيف ، أن ما يسمى كواركات الجمال (أو كواركات القاع) لا تتصرف بالطريقة التي ينبغي لها أن تتصرف وفقًا لأفضل نظرية لدينا لكيفية عمل الكواركات الأساسية. تتفاعل اللبنات الأساسية للمادة: النموذج القياسي.

إذا كان سلوك الجسيمات الغريب حقيقيًا وليس مجرد حدوث عشوائي ، فإن له آثارًا هائلة على فهم الفيزيائيين للمادة والقواعد الأساسية التي تحكم الكون. يمكن أن يؤدي إلى اكتشاف قوة أساسية جديدة للطبيعة ، أو استبدال النموذج القياسي بنظرية أعمق.

“كنا في الواقع نرتعد عندما نظرنا إلى النتائج لأول مرة ، كنا متحمسين للغاية. كانت قلوبنا تنبض بشكل أسرع قليلاً.” قال ميتيش باتيل من إمبريال كوليدج لندن ، أحد علماء الفيزياء البارزين الذين يعملون على التجربة ، في بيان. “من السابق لأوانه القول ما إذا كان هذا يمثل حقًا انحرافًا عن النموذج القياسي ، ولكن الآثار المحتملة هي أن هذه النتائج هي أكثر الأشياء إثارة التي فعلتها خلال 20 عامًا في هذا المجال. لقد كانت رحلة طويلة للحصول عليها هنا.”

داخل LHC – حلقة تحت الأرض بطول 17 ميلاً (27 كيلومترًا) – تنطلق البروتونات بسرعة تقترب من سرعة الضوء ثم تصطدم ببعضها البعض. النتائج؟ تتشكل جسيمات جديدة وغريبة في بعض الأحيان من تلك الاصطدامات. كلما زادت سرعة تلك البروتونات ، زادت طاقتها. وكلما زادت الطاقة ، زادت كتلة الجسيمات الناتجة. تكتشف أجهزة تحطيم الذرة مثل LHC الجسيمات الجديدة المحتملة من خلال البحث عن نواتج تحلل منبهة ، حيث أن الجسيمات الأثقل عمومًا قصيرة العمر وتتحلل على الفور إلى جزيئات أخف.

يتمثل أحد أهداف LHC في اختبار النموذج القياسي ، وهو الإطار الرياضي الذي يستخدمه علماء الفيزياء لوصف جميع الجسيمات الأساسية المعروفة في الكون والقوى التي تتفاعل من خلالها. على الرغم من أن النموذج كان موجودًا في شكله النهائي منذ منتصف السبعينيات ، إلا أن علماء الفيزياء بعيدون عن الرضا عنه ويبحثون باستمرار عن طرق جديدة لاختباره ، وإذا حالفهم الحظ ، يفشلونه. 

هذا لأن النموذج ، على الرغم من كونه الأكثر شمولاً ودقة بالنسبة لفيزياء الجسيمات ، يشتمل على فجوات هائلة ، مما يجعله غير قادر تمامًا على شرح مصدر قوة الجاذبية ، وما تتكون منه المادة المظلمة ، ولماذا يوجد المزيد. يهم من المادة المضادة في الكون. 

يتنبأ النموذج أيضًا أنه عندما تتفكك الجسيمات الثقيلة ، يجب أن تتحلل إلى إلكترونات مثلما تفعل في ابن عمها الأثقل ، الميون. ذلك لأن النموذج القياسي ينظر إلى الميون على أنه مطابق تمامًا للإلكترون ، باستثناء حقيقة أن الميون أثقل بحوالي 200 مرة. يشكل الاثنان ، جنبًا إلى جنب مع جزيء تاو ، عائلة من الأقارب المقربين جدًا في حديقة حيوان الجسيمات تسمى اللبتونات .

لكن منذ عام 2014 ، يقول الفيزيائيون الذين يراقبون تحلل الجسيمات في LHCb إنهم يكوِّنون صورة مختلفة تمامًا تتضمن إحدى النكهات الست للكواركات (تلك الجسيمات الصغيرة التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات داخل النوى الذرية): عندما يكون نوعًا ما من الجسيمات المسماة كوارك الجمال يتحلل ، ويبدو أنه ينتج إلكترونات في كثير من الأحيان أكثر مما ينتج الميونات. هذا تناقض رئيسي للنموذج القياسي. لكن سيحتاج الفيزيائيون أولاً أن يثبتوا بما لا يدع مجالاً للشك أن الاكتشاف حقيقي.

قال كريس باركس ، عالم فيزياء الجسيمات التجريبية في جامعة مانشستر والمتحدث باسم تعاون جمال LHC (LHCb) ، الذي أجرى التجربة ، لـ Live Science: “إنها نتيجة مثيرة حقًا ، لكننا بحاجة إلى إثبات أهميتها من الناحية الإحصائية أولاً”. “إذا قمت بقلب عملة خمس مرات متتالية وهبطت ذيولها في كل مرة ، فهذا غريب بعض الشيء. إذا قمت بقلبها بعد ذلك 100 مرة أكثر وما زالت مجرد ذيول ، فهناك شيء غريب بخصوص تلك العملة.”

يعتقد باركس أن احتمال أن تكون النتيجة مجرد صدفة هو 1 في 1000. لكي يعلن التعاون عن اكتشاف جديد ، يجب تضييق هذه الاحتمالات إلى حوالي 1 من 1،000،000. لكن الباحثين يقولون إنهم سيكونون قادرين على فعل ذلك قريبًا جدًا.

قال باركس: “عادةً ، عندما تكتشف نتيجة مثل هذه ، فأنت تفكر:” يجب علينا بناء مصادم جديد “، مشيرًا إلى حقيقة أنه لمواصلة العثور على جسيمات جديدة ، يجب أن تكون المصادمات قادرة على تسريع الجسيمات إلى طاقات أعلى. “الشيء المثير حقًا هو ، الآن بعد أن حصلنا على هذا التلميح المثير للاهتمام ، لدينا بالفعل الكثير من البيانات التي نقوم بتحليلها للعثور على المزيد من العلامات.”المحتوى ذو الصلة

يقوم LHCb حاليًا أيضًا بتثبيت إصدار الجيل التالي من كاشفه. عندما يتم تشغيل هذا الكاشف في العام المقبل ، يتوقع باركس أنه سيكون أكثر حساسية لالتقاط الإشعاع المنبعث من الجسيمات التي تشكلت أثناء الاصطدامات عالية الطاقة.

على الرغم من عدم اليقين الذي يحيط بهذه النتيجة الواحدة ، قال باركس إنه عندما يتم دمجها مع نتائج واعدة أخرى حول اضمحلال كوارك الجمال ، فقد أدى ذلك إلى جو من الإثارة الحذر في CERN ، المنظمة البحثية التي تدير LHC.

هذا لأنه إذا كانت النتيجة صحيحة ، فيمكن تفسيرها بوجود جسيمات أو قوى لم تكن معروفة من قبل للفيزياء. يمكن أن يكون أحد الأمثلة هو leptoquark ، كما قال ، وهو جسيم قادر على التفاعل مع كل من اللبتونات والكواركات. الاحتمال الآخر هو أنه يمكن أن تكون هناك قوة أساسية جديدة تمامًا.

قال باركس: “الشيء العظيم هو أن الكثير من هذا التحليل يجري بالفعل”. “نحن لا نتحدث عن الحصول على إجابات في الأسابيع القليلة المقبلة ، لكننا لا نتحدث أيضًا عن الانتظار لسنوات أيضًا.”

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com