علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
أربع قوى أساسية تتحكم في الكون: الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة. هذه القوى تدفع بحركة وسلوك كل شيء نراه من حولنا. على الأقل هذا ما نفكر فيه. لكن خلال السنوات القليلة الماضية ، كان هناك أدلة متزايدة لم تكتشف وجود هذه القوة الأساسية الخامسة بعد، ولكنها تظهر أننا ما زلنا لا نفهم تمامًا هذه القوى الكونية.
القوى الأساسية هي جزء من النموذج القياسي standard لفيزياء الجسيمات. هذا النموذج يفسر جميع الجزيئات الكمومية المختلفة التي نلاحظها ، كالإلكترونات والبروتونات والمواد المضادة وما شابه. تعد الكواركات والنيوتريونات وبوز هيغز جزءًا من النموذج.
مصطلح “القوة” في النموذج عبارة عن مسمىً خاطئ. في النموذج القياسي standard ، كل قوة هي نتيجة لنوع من ال بوزن boson الحامل/الناقل Cartier. الفوتونات هي ال بوزن الناقل/الحامل للكهرومغناطيسية. الغلونات gluons هي البوونات الحاملة للنووية القوية ، والبوزونات المعروفة باسم W و Z هي للنووية الضعيفة. الجاذبية ليست جزءًا تقنيًا من النموذج القياسي standard ، لكن من المفترض أن الجاذبية الكمومية لها بوزون يعرف باسم الغراڤيتون graviton. ما زلنا لا نفهم تمامًا الجاذبية الكمومية ، ولكن إحدى الأفكار هي أن الجاذبية يمكن أن تتحد مع النموذج القياسي standard لإنتاج نظرية موحدة كبيرة grand unified theory أو (GUT).
كل جسيم اكتشفناه هو جزء من النموذج القياسي. سلوك هذه الجزيئات يطابق النموذج بدقة بالغة. لقد بحثنا عن جزيئات تتجاوز النموذج القياسي ، لكن حتى الآن لم نجد أيًا منها. النموذج القياسي هو انتصار للفهم العلمي. إنه ذروة الفيزياء الكمومية.
لكننا بدأنا نعرف أن لدى هذا النموذج بعض المشاكل البالغة.
بادئ ذي بدء ، نحن نعرف الآن أن النموذج القياسي لا يمكن دمجه مع الجاذبية بالطريقة التي اعتقدناها. في النموذج القياسي ، “تتحد” القوى الأساسية عند مستويات طاقة عليا. الكهرومغناطيسية والنووية الضعيفة تتحدان في ال كهرضعيف electroweak ، ويتحد ال كهرضعيف مع النووية القوية لتصبح القوة النووية الإلكترونية electronuclear. في مستويات الطاقات العالية للغاية ، يجب أن تتوحد قوى الجاذبية الإلكترونية والكهربائية. تجارب فيزياء الجسيمات أظهرت أن طاقات الدمج/التوحد لا تتطابق.
المسألة الأكثر إشكالية هي مسألة المادة المظلمة. أقترحت المادة المظلمة أولاً لتفسير سبب تحرك النجوم والغازات على الحافة الخارجية للمجرة بشكل أسرع مما تنبأت به الجاذبية. إما أن تكون نظريتنا للجاذبية خاطئة إلى حد ما ، أو يجب أن تكون هناك كتلة غير مرئية (مظلمة) في المجرات. على مدى السنوات الخمسين الماضية ، أصبحت أدلة المادة المظلمة قوية بالفعل. لقد لاحظنا كيف تنعقد المادة المظلمة والمجرات معًا ، وكيف يتم توزيعها داخل مجرات معينة ، وكيف تتصرف. نحن نعلم أنها لا تتفاعل بقوة مع المادة العادية أو مع نفسها ، وتكون غالبية الكتلة في معظم المجرات.
ولكن لا يوجد جسيم في النموذج القياسي يمكن أن يكوّن المادة المظلمة. من الممكن أن تكون المادة المظلمة مكونة من شيء كالثقوب السوداء الصغيرة ، لكن البيانات الفلكية لا تدعم هذه الفكرة فعلاً. غالبًا ما تكون المادة المظلمة مكونة من بعض الجسيمات التي لم يتم بعد اكتشافها ، وهي التي لا يتنبأ بها النموذج القياسي.
ثم هناك الطاقة المظلمة. تظهر المراقبات التفصيلية للمجرات البعيدة أن الكون يتوسع بمعدل متزايد باستمرار. يبدو أن هناك نوعًا من الطاقة التي تدفع بهذه العملية ، ونحن لا نعرف كيف يكون ذلك. قد يكون هذا التسارع نتيجة لهيكلية المكان والزمان ، وهو نوع من الثابت الكوني الذي يتسبب في تمدد الكون. قد يكون السبب وراء ذلك بعض القوى الجديدة التي لم يتم اكتشافها بعد. مهما كانت الطاقة المظلمة ، فهي تكوّن أكثر من ثلثي الكون.
كل هذا يشير إلى حقيقة أن النموذج القياسي ، في أحسن الأحوال ، غير مكتمل. هناك أشياء نفتقدها أساسًا في الطريقة التي يعمل بها الكون. أُقترحت الكثير من الأفكار لإصلاح النموذج القياسي ، بدءًا من عدم التماثل الفائق supersymmetry وحتى الكواركات التي لم يتم اكتشافها بعد ، ولكن إحدى الأفكار هي أن هناك قوة أساسية خامسة. هذه القوة سيكون لها بوزون/ات حاملة وكذلك جسيمات جديدة تتجاوز تلك التي اكتشفناها.
هذه القوة الخامسة من شأنها أيضًا أن تتفاعل مع الجسيمات التي لاحظناها بطرق دقيقة تتناقض مع النموذج القياسي. هذا يقودنا إلى ورقة بحثية جديدة تدّعي أن لديها أدلة على مثل هذا التفاعل.
الورقة المنشورة نظرت في حالة شاذة في اضمحلال نوى nuclei الهليوم -4 ، وهي تبني على دراسة سابقة عن اضمحلالات البريليوم -8. يحتوي البريليوم -8 على نواة غير مستقرة تضمحل إلى نواتين من الهليوم -4. في عام ٢٠١٦ ، وجد الفريق أن اضمحلال البريليوم -8 يبدو أنه يخل بالنموذج القياسي قليلاً. عندما تكون النواة في حالة من الإثارة ، يمكن أن تقذف بزوج إلكترون – بوزيترون (electron-positron pair) عندما تضمحل. عدد الأزواج التي تمت ملاحظتها على زوايا أكبر هي أعلى من توقعات النموذج القياسي ، وتُعرف باسم شذوذ أتومكي Atomki anomaly.
هناك الكثير من التفسيرات المحتملة لهذه الحالة الشاذة ، بما في ذلك خطأ في التجربة ، ولكن أحد التفسيرات هو أنه ناجم عن بوزون boson سمّاه الفريق X17. سيكون ال بوزون الحامل لقوة أساسية خامسة (غير معروفة) ، مع كتلة مقدارها ١٧ ميجا إلكترون فولت (17 MeV). في الورقة الجديدة ، وجد الفريق تباينًا مشابهًا في اضمحلال الهليوم 4. جسيم X17 يمكن أيضًا أن يفسر هذه الحالة الشاذة.
في حين أن هذا يبدو مثيراً ، هناك سبب لأن تكون حذراً. عندما تنظر إلى تفاصيل الورقة المتشورة الجديدة ، هناك القليل من التغيير والتبديل tweak الغريب في البيانات. بشكل أساسي ، يفترض الفريق أن جسيم X17 دقيق accurate ويظهر أنه يمكن أن تُجعل البيانات تتناسب مع نموذجهم. إظهار أن النموذج يمكن أن يفسر الحالات الشاذة anomalies لا يختلف عن إثبات أن النموذج يفسر الحالات الشاذة. تفسيرات أخرى ممكنة. لو كان X17 موجودًا ، فيجب أن نراه أيضًا في تجارب الجسيمات الأخرى ، ولكن لم نره بعد. فالبرهان على أن هذه هي “القوة الخامسة” ضعيف بالفعل.
القوة الخامسة يمكن أن تكون موجودة ، لكننا لم نعثر عليها بعد. ما نعرفه هو أن النموذج القياسي لم ينتهي بالكامل الى نتيجة ، وهذا يعني أن هناك بعض الاكتشافات المثيرة للإهتمام للغاية في انتظار أن نعثر عليها.
موضوع جميل جدا. شكرا على الترجمة.
عجائب المجرات و المادة المظلمة و الطاقة المظلمة على المستوى الكوني و معها غموض الفيزياء الكمية و الجسيمات الصغيرة خير دليل على أننا لم نزل في أول المشوار لفهم هذا الخلق العجيب.