من أين تأتي كتلة الجسيمات التي تشكّل كوننا ؟

الطبيعة تميل إلى أن تكون اقتصادية، لذلك من الممكن أن نفس المجموعة الجديدة من الجسيمات تفسر كل هذه الظواهر الغريبة التي لم نفسرها بعد

من أين تأتي كتلة الجسيمات التي تشكّل كوننا ؟

تبدأ قصة كتلة الجسيمات بعد الإنفجار العظيم مباشرة ، خلال اللحظات الأولى من الكون كانت جميع الجسيمات تقريبًا بلا كتلة ، تسير بسرعة الضوء في "حساء بدائي" حار جدًا. وفي مرحلة ما خلال هذه الفترة بدأ حقل فيزيائي يسمى هيجز بالتدخل بهذا السيناريو الكوني حيث ملأ كوننا الطفل آنذاك وأعطى كتلة للجسيمات الأولية .

عندما تريد بناء بيت، فأنت سوف تحتاج في البداية إلى مواد أولية كالنقود والإسمنت والتراب والطابوق والخريطة والأدوات لكي تبني بيتك، كذلك نفس الشيء يحدث عندما تريد خلّقَ كـون، فأنت ستحتاج بالبداية لجسيماتٍ كحجر أساس للمادة في الكون، هذهِ الجسيمات هي “الجسيمات الأولية” التي هي الجسيمات الأساسية الاولية لبناء المادة في الكون وتكون ذات أحجام أصغر من الذرة، ترتبط الجسيمات الأولية مع بعضها لتُشكل المادة في الكون (مثل ارتباطها لتكوين البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة) ولا تتألف من أي جسيمات أصغر منها، لذلك تعتبر الهياكل الأساسية لبناء المادة ولا تتكون من أي بنية داخلية مكونة لها كما لا يمكن تجزئتها، وأشهرها هو جسيم ” الإلكترون ” فإنه لا يتألف من أي جسيم أو بُنية أصغر منه، لذلك يُصنف كجسيم أولي.

- كيف يمنح هيغز الكتلة للجسيمات الأولية ؟

تخيلوا حقل هيجز كحشد في حفلة أو حشد من المصورين. في الوقت الذي يمر فيه علماء مشهورون أو مشاهير ، يحيط هؤلاء المشاهير حشود من الناس ، ويبطئونهم ، لكن الوجوه الأقل شهرة تنتقل عبر الحشود دون أن يلاحظها أحد. في هذه الحالات تكون" الشعبية " مرادفة للكتلة ، وكلما كنت أكثر" شعبية " كلما تفاعلت أكثر مع الحشد.
لكن لماذا تم تشغيل حقل هيجز ؟ لماذا تتفاعل بعض الجسيمات مع حقل هيجز أكثر من غيرها ؟ الإجابة المختصرة هي: نحن لا نعرف. فأننا لا نعرف ما السبب وراء هذه الشعبية حقاً

يقول مات ستراسلير ، الفيزيائي النظري والمنتسب في قسم الفيزياء بجامعة هارفارد: " هذا جزء من السبب في أن العثور على حقل هيجز هو مجرد البداية - لأن لدينا الكثير من الأسئلة ".
- نحن والقوة النووية !
يعطي حقل هيغز كتلة للجسيمات الأولية - الإلكترونات والكواركات وكتل البناء الأخرى التي لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر. لكن هذه الجسيمات لا تمثل سوى نسبة ضئيلة من كتلة الكون.
أما الباقي فيأتي من البروتونات والنيوترونات التي تحصل على كل كتلتها تقريبًا من القوة النووية القوية المخزنة بداخلهم وتعمل على حفظ تماسكهم. تتكون كل هذه الجسيمات من ثلاثة كواركات تتحرك بسرعات فائقة تقترن بعضها بالبروتونات ، وهي الجسيمات التي تحمل القوة القوية. إن طاقة هذا التفاعل بين الكواركات هي ما يعطي البروتونات والنيوترونات كتلتها. ضع في اعتبارك E = mc2 المعادلة الشهير لاينشتاين والذي يساوي الطاقة والكتلة. وهذا يجعل من التخزين الجماعي وسيلة سرية لتخزين الطاقة.
يقول جون لاجوي ، وهو عالم في الفيزياء بجامعة ولاية أيوا: «عندما تضع ثلاثة كواركات معا لإنشاء بروتون ، ينتهي بك الأمر إلى ربط كثافة طاقة هائلة في منطقة صغيرة في الفضاء».

يتكون البروتون من اثنين كوارك علوي وكوارك منخفض. يتكون النيوترون من اثنين كوارك منخفضين وكوارك علوي. تركيبة مماثلة يجعل الكتلة التي يحصلون عليها من القوة القوية متطابقة تقريبا. ومع ذلك ، فإن النيوترونات تكون أكثر ضخامة من البروتونات - وهذا الاختلاف أمر بالغ الأهمية. عملية النيوترونات المتحللة في البروتونات تعزز الكيمياء ، في علم الأحياء. إذا كانت البروتونات أثقل ، فإنها بدلاً من ذلك تتحلل إلى نيوترونات ، والكون كما نعرفه لن يكون موجودًا.
- لكن ماذا عن النيوترونات ؟
لقد تعلمنا أن الجسيمات الأولية تحصل على كتلتها من حقل هيجز - لكن قد يكون هناك إستثناء ! : النيوترونات : لديها كتل صغيرة للغاية (أصغر بمليون مرة من الإلكترون ، ثاني اخف جسيم) ، محايدة كهربائيًا ونادرًا ما تتفاعل مع المادة.
ما يحير العلماء هو " لماذا تكون النيوترونات خفيفة للغاية ؟ " . يفكر العلماء بأحتمالات متعددة. ويمكن تفسير ذلك إذا كانت النيوترونات هي جسيماتها المضادة نفسها - أي إذا كان إصدار المادة المضادة مطابقًا لإصدار المادة. فإذا اكتشف الفيزيائيون أن هذا هو الاحتمال الصحيح ، فإن ذلك يعني أن النيوترونات تحصل على كتلتها من مكان آخر غير بوزون هيغز ، الذي اكتشفه الفيزيائيون في عام 2012.

يجب أن تحصل النيوترونات على كتلتها من حقل يشبه هيغز ، وهو محايد كهربائيًا ويمتد إلى الكون بكامله. هذا يمكن أن يكون نفس هيغز الذي يعطي الكتلة إلى الجسيمات الأولية الأخرى في بعض النظريات تأتي كتلة النيوترونات أيضًا من مصدر إضافي جديد يمكن أن يحمل الإجابات على أسرار الفيزياء الجسيمية الأخرى.
يقول أندريه دي غوفيا ، عالم فيزياء الجسيمات النظرية في جامعة نورث وسترن: "يميل الناس إلى الإثارة حول هذه الإمكانية لأنه يمكن تفسيرها كدليل على مقياس جديد للطاقة ، لا علاقة له بمجال هيجز".

قد تكون هذه الآلية الجديدة مرتبطة أيضًا بكيفية إستخدام المادة المظلمة ، التي يعتقد علماء الفيزياء أنها تتكون من جسيمات غير مكتشفة بعد.

" الطبيعة تميل إلى أن تكون اقتصادية ، لذلك من الممكن أن نفس المجموعة الجديدة من الجسيمات تفسر كل هذه الظواهر الغريبة التي لم نفسرها بعد "
تحرير : شيرين منذر - تصميم : عبدالله نائل
#العراقي_العلمي