ماذا حدث هيغز بوزون؟ مما لا شك فيه أن معظمكم قد سمع عن هذا الجسيم، الذي تم اكتشافه بطريقة ما وقدم شيئًا للعلماء.
ولكن كم من الناس يفهمون هذه القضية؟ دعنا نحاول أن نشرح لك هذا الأمر ببساطة ووضوح قدر الإمكان.
مقدمة
ما يحدث في العالم المصغر يصعب على العقل البشري إدراكه. أنت تعرف ما هي الإلكترونات، أليس كذلك؟ معظمكم، من المدرسة، يتخيلها على أنها كرات صغيرة تدور حول النواة. البروتونات والنيوترونات؟ هذه أيضًا كرات، أليس كذلك؟
أولئك الذين حاولوا ذات مرة فهم القليل عن ميكانيكا الكم يتخيلون الجسيمات الأولية على أنها سحب. عندما يرى شخص ما النص "أي جسيم أولي هو أيضًا موجة"، فإن صورة موجة على البحر أو على سطح بحيرة حيث تم إلقاء حجر تظهر في رأسه على الفور.
إذا قيل لشخص ما أن الجسيم هو حدث داخل مجال معين، فسيتم تخيل بعض الفاصل الزمني من الذاكرة أو حدث مستقبلي على الفور، و"يدندن" الحقل في رأسه، مثل كشك المحولات.
والحقيقة هي أن كلمات مثل الجسيم والموجة والمجال على المستوى الجزئي لا تعكس الواقع بشكل صحيح تماماوتصورها بمقارنتها بالظواهر الطبيعية العادية غير صحيح. لذلك، حاول تصفية أي صور مرئية، لأنها ستكون غير صحيحة وتتداخل مع الفهم.
علينا أن نقبل حقيقة ذلك الجسيمات من حيث المبدأ ليست شيئًا يمكن "لمسه"ولكن بما أننا بشر ومعرفة العالم عن طريق اللمس هي سمة مميزة لنا، فسوف يتعين علينا أن نحارب غرائزنا لفهم هذه القضية.
الإلكترونات أو الفوتونات أو بوزون هيغز ليست جسيمًا وموجة في نفس الوقت. إنها بشكل عام شيء متوسط ولا توجد كلمة مناسبة لذلك (ليست ضرورية). تعرف الإنسانية كيفية التعامل معها، ونحن نعرف كيفية إجراء الحسابات، ولكن العثور على كلمة من شأنها أن تصف الصورة الذهنية... هذه مشكلة. والحقيقة هي أن هذه الأشياء، التي هي جسيمات أولية، موجودة في العالم المألوف من المستحيل المقارنة مع أي شيء. هذا عالم مختلف تمامًا. العالم الصغير.
ما الذي بحثت عنه ووجدته في مصادم الهادرونات الكبير (LHC)؟
هناك نظرية مقبولة بشكل عام حول كيفية عمل العالم على أصغر نطاق وتسمى - النموذج القياسي. وفقا لهذا النموذج، في عالمنا هناك عدة أنواع مختلفة تمامًا من المادة التي تتفاعل بانتظام مع بعضها البعض.
عند التفكير في التفاعلات، من الملائم جدًا استخدام معلمات مثل الكتلة والسرعة والتسارع، والذي يسمح لنا بتسمية الجسيمات الأولية بشيء مثل "الجسيمات الحاملة". في المجموع، هناك 12 نوعا من هذا النموذج.
تمت ملاحظة 11 من 12 جسيمًا في النموذج القياسي من قبل. الجسيم الثاني عشر هو بوزون يتوافق مع مجال هيغز، يعطي العديد من الجسيمات الأخرى كتلة، مما يحد من سرعة حركتها. ولا يتفاعل مجال هيغز مع بعض الجسيمات على الإطلاق. على سبيل المثال، ليس له أي تأثير على الفوتونات وكتلتها صفر.
نظريا تم التنبؤ بوجود بوزون هيغز في عام 1964ولكن هنا يثبتوجودها تجريبي ولم يتمكنوا من القيام بذلك إلا في عام 2012. طوال هذه السنوات كانوا يبحثون بلا كلل عن البوزون!
قبل أن تبدأ العمل صهريجفي المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN). مصادم الإلكترون والبوزترون, كان في إلينوي تيفاترونلكن هذه القدرات لم تكن كافية لإجراء التجارب اللازمة. على الرغم من أن التجارب لا تزال تعطي نتائج معينة.
هيغز بوزون- جسيم ثقيل ومن الصعب للغاية اكتشافه. جوهر التجربة بسيط للغاية، ولكن التنفيذ مع التفسير اللاحق للنتائج حقيقي مشكلة.
لذلك يأخذونها اثنين من البروتونات وتسارع إلى سرعة قريبة من الضوء. في وقت ما يتم مواجهتهم وجهاً لوجه. "تصدم" البروتونات بمثل هذا التأثير تبدأ في الانهيار إلى جزيئات ثانوية. خلال هذه العملية حاولوا الكشف عن بوزون هيغز.
تعقيد التجربة هو حقيقة ذلك لا يمكن تأكيد وجود البوزون إلا بشكل غير مباشر. إن فترة وجود بوزون هيغز صغيرة للغاية، وكذلك المسافة بين نقطتي الأصل والاختفاء. من المستحيل قياس هذه الفترة الزمنية والمسافة، ولكن! بوزون هيغز لا يختفي بدون أثرويتم إثبات وجودها على المدى القصير من خلال "منتجات التحلل".
إنه مثل البحث عن إبرة في كومة قش. لا، في كومة قش ضخمة. لا، في الآلاف من أكوام القش الضخمة! والحقيقة هي أن بوزون هيغز يضمحل باحتمالات مختلفة إلى مجموعات مختلفة من الجسيمات. على سبيل المثال، يمكن أن تكون هذه الجسيمات كوارك-كوارك مضاد، أو بوزونات W، أو جسيمات تاو بشكل عام.
وفي بعض الحالات، يصعب تمييز الاضمحلال عن اضمحلال الجسيمات الأخرى، وفي حالات أخرى لا يوجد وقت لتسجيل ما يحدث على الإطلاق. كما أصبح معروفا، أجهزة الكشف أفضل تصوير لتحول بوزون هيغز إلى 4 لبتونات(الجسيمات الأساسية)، لكن احتمال حدوث مثل هذا الحدث هو 0.013% فقط.
ظهرت أجهزة الكشف ATLAS وCMS
ستة أشهر من التجارب صهريجوملايين الاصطدامات في ثانية واحدة أعطت النتيجة المرجوة. لقد سجل العلماء نفس تلك اللبتونات الأربعة (ما يصل إلى خمس مرات).
أتاحت أجهزة الكشف العملاقة تسجيل ذلك أطلسو نظام إدارة المحتوى، الذي كشف الجسيمات مع الطاقة 125 جيجا إلكترون فولت(وحدة القياس في فيزياء الكم). كان هذا المؤشر هو الذي يتوافق مع التنبؤ النظري لبوزون هيغز.
جزء من شيء أكبر
ماذا لو كان هناك خطأ؟ نعم، طرح الباحثون هذا السؤال أيضًا. ولذلك، لتأكيد هذا الاكتشاف، تم إجراء العديد من التجارب المتكررة.
في نهاية عام 2012، نشرت المجلة الأكثر موثوقية في العالم العلمي، "ساينس"، تصنيفًا يضم أهم الاكتشافات لهذا العام. ثم احتل المركز الأول ما يسمى بـ "جسيم الله"، والذي يسمى في العالم العلمي بوزون هوجز.
ولم يكن من قبيل الصدفة أن يحصل البوزون على اسمه الثاني. والحقيقة هي أن النظرية الحديثة للجسيمات الأولية تقول أنه بسبب هذا العنصر الغريب، فإن جميع المواد الموجودة في الكون لها كتلة، أي أنها موجودة جسديا.
فكرة وجود مثل هذا الجسيم جاءت في الأصل إلى ذهن الفيزيائي الإنجليزي بيتر هيجز منذ حوالي 40 عامًا. حتى الآن، لم يكن بوزون هيغز أكثر من مجرد نظرية، ولكن في عام 2012 تم إنشاء مصادم الهادرونات الكبير. ثم، بفضل جهود العلماء، تم تحقيق اختراق؛ ونتيجة للتجارب، تمكنوا من اكتشاف نفس بوزون هيغز. مثل هذا الاكتشاف يكمل النموذج الفيزيائي الذي يصف تفاعل جميع الجسيمات في الكون، هذه الجسيمات نفسها. تم استبعاد جسيم واحد فقط يسمى "الجرافيتون"؛ لكن لم يتم العثور عليه بعد. وكان اكتشاف "جسيم الرب" أحدث دليل على صحة النموذج المعياري الفيزيائي.
جسيم الإله ومصادم الهادرونات
كان لبناء مصادم الهادرونات أهمية كبيرة في البحث والبحث عن بوزون هيغز. تم إنفاق حوالي 5 مليارات دولار للقبض عليه. ربما لم تكن التجارب قد انتهت بنجاح، ولما تم العثور على "جسيم الرب"، وحينها كان العلماء سيواجهون السؤال الصعب المتمثل في العثور على نماذج أخرى تصف العالم. ومع ذلك، تم تأكيد نظرية هيغز. ووفقا لذلك، هناك حقل يتكون بالكامل من بوزونات هيغز. إنه يمر عبر الكون بأكمله، بكل ما يحتويه من مادة. لا بد أن مجال البوزونات كان موجودًا منذ البداية، حتى قبل ظهور العالم. ولهذا السبب اكتسبت جميع الجزيئات كتلة.
وشارك علماء من حوالي 100 دولة حول العالم في التجارب التي أجريت في مصادم الهادرونات (LHC). لعدة سنوات، لم تتوقف التجارب. وفقا لنظرية هيغز، بمجرد ظهور البوزون، فإنه يتحلل على الفور إلى جزيئات من مستوى مختلف. إذا تم تسجيلها، فسيكون من الممكن تحليل أصلها، ومعرفة أين وكيف تأتي.
إن جوهر LHC هو أنه يقوم بتسريع الجسيمات الأولية، وتكتسب سرعة تقترب من القيم. هذه هي الطريقة التي تتصادم بها الجزيئات. تتم مراقبة هذه العملية. يقومون بتحليل نوع الإشعاع الذي يظهر بعد اصطدام الجسيمات.
تم تنفيذ العمل، وبحلول منتصف عام 2012، حقق العلماء مثل هذه الكثافة من تدفق الجسيمات التي ارتفع فيها تواتر الاصطدامات إلى مستوى عالٍ، مما سمح، وفقًا للحسابات، بتكوين بوزون واحد كل ساعة. وهذا يخضع لوجوده الحقيقي. ونتيجة للتجارب، تمكن العلماء من التقاط بوزون، وقياس كتلته. وبلغت 125 جيجا إلكترون فولت.
مناقشات حول “جسيم الله”
العالم البريطاني ستيفن هوكينج معروف في جميع أنحاء العالم، وقد أدلى ببيان بشأن التجارب على بوزون هيغز. وفي رأيه، فإن إجراء المزيد من التجارب ذات الطاقة العالية يعد أمرًا خطيرًا جدًا على الكون بأكمله. لقد افترض أنه بسبب "جسيم الله"، يمكن أن تختفي أسس الكون: المكان والزمان.
ويعتقد الباحث أن هناك إمكانات خفية في بوزون هيغز. إذا دخل هذا الجسيم إلى حالة غير مستقرة، فقد يتفكك الفراغ. وقد أشار إلى ذلك في بداية الكتاب حيث نشرت محاضرات أعدها أبرز علماء الفيزياء.
اقترح هوكينج مفهومًا مفاده أن الفراغ يمكن أن يكون من نوعين، ولكل نوع مستوى طاقة خاص به. من خلال الافتراض، فإن عالمنا بأكمله يقع في فراغ زائف. ومع ذلك، هناك نوع آخر من الفراغ، وهو الفراغ الحقيقي، الذي يحتوي على مؤشر طاقة أقل.
أثناء التجارب، يمكن أن يصبح "جسيم الله" غير المستقر موصلًا بين الفراغ الحقيقي والفراغ الزائف. إذا حدث مثل هذا الكسر في هذا المجال، فسينتقل الكون على الفور إلى حالة فيزيائية أخرى.
ومع ذلك، لا يوجد سبب جدي للقلق في الوقت الحالي. إن جلب جسيم إلى حالة من عدم الاستقرار يتطلب الكثير من الطاقة. لإنشاء مثل هذا التسارع، تحتاج إلى بناء مصادم ستكون أبعاده مماثلة للكوكب.
في الواقع، "جسيم الله" هو كم من مجال هيغز. هذا الجسيم له قيمة فراغ صفر. هذا هو الظرف الذي يثبت أن إنشاء بوزون في حالة غير مستقرة يمكن أن يؤدي إلى تدمير التوازن الذي تم تشكيله أثناء تكوين الكون.
محاكاة توضح مظهر بوزون هيغز عند اصطدام بروتونين
هيغز بوزون هيغز بوزون
بوزون هيغز هو جسيم أولي، يصعب فهم طبيعته دون إعداد مسبق وفهم للقوانين الفيزيائية والفلكية الأساسية للكون.
يتمتع بوزون هيغز بالعديد من الخصائص الفريدة، مما سمح له بالحصول على اسم آخر - جسيم الله. الكم المفتوح له شحنات ملونة وكهربائية، ودوره المغزلي هو في الواقع صفر. هذا يعني أنه ليس لديه دوران كمي. بالإضافة إلى ذلك، يشارك البوزون بشكل كامل في تفاعلات الجاذبية ويكون عرضة للتحلل إلى أزواج من الكوارك b والكوارك المضاد b والفوتونات والإلكترونات والبوزيترونات مع النيوترينوات. ومع ذلك، فإن عرض معلمات هذه العمليات لا يتجاوز 17 ميجا إلكترون فولت. بالإضافة إلى الخصائص المذكورة أعلاه، فإن جسيم هيغز قادر على التحلل إلى لبتونات وبوزونات دبليو. لكن لسوء الحظ، فهي ليست مرئية بشكل جيد بما فيه الكفاية، مما يعقد بشكل كبير دراسة هذه الظاهرة والسيطرة عليها وتحليلها. ومع ذلك، في تلك اللحظات النادرة التي كان من الممكن فيها تسجيلها، كان من الممكن إثبات أنها تتوافق تمامًا مع النماذج الفيزيائية للجسيمات الأولية النموذجية لمثل هذه الحالات.
التنبؤ وتاريخ اكتشاف بوزون هيغز
مخطط فاينمان يوضح احتمالية إنتاج بوزونات W أو Z، والتي عند تفاعلها تشكل بوزون هيغز المحايد
في عام 2013، حصل الإنجليزي بيتر هيغز والمواطن البلجيكي فرانسوا إنجليرت على جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشاف وإثبات وجود آلية تجعل من الممكن فهم كيف ومن أين تنشأ كتل الجسيمات الأولية. ومع ذلك، قبل فترة طويلة من ذلك، تم بالفعل إجراء تجارب ومحاولات مختلفة لاكتشاف بوزون هيغز. وبالعودة إلى عام 1993، بدأت أبحاث مماثلة في أوروبا الغربية باستخدام قوة مصادم الإلكترون-بوزيترون الكبير. لكنهم في النهاية لم يتمكنوا من تحقيق النتائج التي توقعها منظمو هذا المشروع بشكل كامل. كما شارك العلم الروسي في دراسة هذه القضية. لذلك في 2008-2009. قام فريق صغير من علماء JINR بإجراء حساب دقيق لكتلة بوزون هيغز. في الآونة الأخيرة، في ربيع عام 2015، قام التعاون المعروف للعالم العلمي بأكمله، ATLAS وCMS، بتعديل كتلة بوزون هيغز مرة أخرى، والتي، وفقًا لهذه المعلومات، تساوي تقريبًا 125.09 ± 0.24 جيجا إلكترون فولت (GeV).
تجارب للبحث عن معلمات بوزون هيغز وتقديرها
كما ذكرنا سابقًا، بدأت تجارب البحث والتقييم الأولية لتحديد كتلة البوزون في عام 1993. تم الانتهاء من البحث الشامل الذي تم إجراؤه في مصادم الإلكترون والبوزيترون الكبير في عام 2001. تم تعديل النتائج التي تم الحصول عليها من هذه التجربة في عام 2004. وفقًا للحسابات المحدثة، كان الحد الأعلى لكتلته يساوي 251 جيجا إلكترون فولت (GeV). في عام 2010، تم الكشف عن اختلاف بنسبة 1% في عدد الميزون b والميونات والأنتيمونات التي تظهر أثناء الاضمحلال.
على الرغم من أوجه القصور الإحصائية، استمر تلقي البيانات من مصادم الهادرونات الكبير بانتظام منذ عام 2011. أعطى هذا الأمل في تصحيح المعلومات غير الدقيقة. تم اكتشاف جسيم أولي جديد بعد عام، والذي كان له نفس التكافؤ والقدرة على الاضمحلال مثل بوزون هيغز، وتعرض لانتقادات خطيرة وشكك في عام 2013. ومع ذلك، بحلول نهاية الموسم، أدت معالجة جميع البيانات المتراكمة إلى استنتاجات لا لبس فيها: الجسيم المكتشف الجديد هو بلا شك بوزون هيغز المرغوب فيه وينتمي إلى النموذج الفيزيائي القياسي.
حقائق مثيرة للاهتمام حول بوزون هيغز
مصادم هادرون الكبير. أحد الأهداف الرئيسية للمشروع هو الدليل التجريبي على وجود بوزون هيغز وأبحاثه
واحدة من الحقائق الأكثر إثارة للاهتمام والمذهلة حول بوزون هيغز هي أنه غير موجود في الطبيعة. وبالتالي، فإن هذا الجسيم، على عكس العناصر الأساسية الأخرى، لا يقع في الفضاء المحيط بنا. ويفسر ذلك حقيقة أن بوزون هيغز يختفي على الفور تقريبًا بعد ولادته. يحدث هذا التحول اللحظي من خلال تفكك الجسيم. علاوة على ذلك، خلال أقصر مدة وجود للبوزون، ليس لديه حتى الوقت للتفاعل مع أي شيء آخر.
ومن الحقائق المثيرة للاهتمام والملفتة للانتباه أيضًا ما يسمى بـ "الألقاب" التي تم تخصيصها لبوزون هيغز. دخلت الأسماء المروعة حيز الاستخدام العام بفضل وسائل الإعلام. إحداها صاغها عالم الكم المكتشف حديثًا ليون ليدرمان، الحائز على جائزة نوبل، وبدا وكأنه "الجسيم اللعين". ومع ذلك، لم يتم تضمينها في النسخة المطبوعة من العمل من قبل المحرر وتم استبدالها بـ "جزئ الله" أو "جزيء الله".
أسماء جماعية أخرى لبوزون هيغز
على الرغم من شعبية "ألقاب" ليدرمان التي أطلقها على بوزون هيغز، فإن الغالبية العظمى من العلماء لا يوافقون عليها ويستخدمون في كثير من الأحيان اسمًا "شائعًا" آخر. يُترجم إلى "بوزون زجاجة الشمبانيا". كان أساس ظهور مثل هذه المصطلحات في تسمية بوزون هيغز هو التشابه بين مجاله المعقد وأسفل زجاجة شمبانيا زجاجية. ولا تقل أهمية بالنسبة للعلماء "المشاغبين" عن المقارنة المجازية، التي تشير إلى كثرة شرب الشمبانيا بمناسبة اكتشاف جسيم مهم.
ومن الجدير أيضًا الانتباه إلى حقيقة أن هناك ما يسمى بالنماذج الفيزيائية الخالية من هيغز والتي تم تطويرها حتى قبل اكتشاف البوزون. أنها تنطوي على نوع من تمديد المعيار.
العلم الحديث لا يقف ساكنا، بل يتطور باستمرار وثبات. إن المعرفة المتراكمة في فيزياء اليوم والمجالات ذات الصلة جعلت من الممكن ليس فقط التنبؤ باكتشاف بوزون هيغز، بل أيضًا في الواقع. لكن دراسة خصائصه وتحديد مجالات تطبيق المعلومات التي تم الحصول عليها هي فقط في المرحلة الأولية. ولذلك، لا يزال أمام الفيزيائيين وعلماء الفلك المعاصرين الكثير من العمل والتجارب التي يتعين عليهم القيام بها فيما يتعلق بدراسة هذا الجسيم الأساسي للكون.
لكن ممثلي الأديان يحثون الصحفيين والعلماء بنشاط على عدم وصف بوزون هيغز بأنه جسيم من الله. يشير هذا اللقب للجسيم الأولي المفتوح إلى أن سر الخلق سوف يكشفه العالم العلمي عاجلاً أم آجلاً ويصبح في متناول العقل البشري. وهذا، بحسب العديد من الأديان، مغالطة مطلقة. لا يمكن تعيين الصفات الإلهية للجسيمات الأولية، وإلا فسيبدو أن العلم يحاول إنشاء عملية الخلق بشكل مصطنع في المختبر أو دراسة الله باستخدام الوسائل الحديثة.
كما أصبح الفلاسفة معارضين لاستخدام مصطلح "جسيم الله". إن الصعود الغامض للعلوم الطبيعية يذكرنا بالتفسيرات القديمة لسر الخلق، والتي حاول اللاهوتيون والفلاسفة القدماء حلها. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تسمية الجسيم الأولي بأنه جسيم الله، يتم تحقيق الوعد بالكشف عن الفضاء بأكمله، واكتشاف الجسيم الأخير، وبعد ذلك يتم فتح المزيد. ومن ثم فإن نتائج الأبحاث الفلسفية واللاهوتية لا يمكن الاستعاضة عنها بأبحاث الفيزياء الحديثة.
إن اسم "جسيم الرب" ليس أكثر من تكتيك تسويقي ظهر بعد أن نشر ليون ريدرمان ورقته البحثية حول مشكلة بوزون هيغز. صدر كتاب "جسيم الإله" عام 1993. ومنذ ذلك الحين، اكتسب بوزون هيغز "" هذا شعبيته. ومع ذلك، فإن الفيزيائيين أنفسهم يتعاملون مع هذا المصطلح الطنان بسخرية ويحاولون عدم استخدامه.
ومع ذلك، فإن اكتشاف بوزون هيغز مهم للغاية للعلوم الحديثة. إنه، وفقًا للنموذج القياسي لبنية الكون، هو الذي يمنح العلم المفتاح لكشف آلية تكوين الكتلة. ويعتقد الفيزيائيون أيضًا أن الانفجار الكبير، الذي حدث قبل 13.7 مليار سنة وكان بمثابة بداية الكون، لم يكن من الممكن أن يحدث بدون مشاركة هذا البوزون. لقد كانت القوة التي أدت إلى ظهور هذا الجسيم الأولي هي التي أدت إلى تكوين المجرات والنجوم والكواكب من المجرات البدائية. ويترتب على ذلك أنه من خلال اكتشاف بوزون هيغز، اقترب العلماء من حل أصل الكون وحصلوا على تأكيد لنموذج بنيته.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الاسم الساخر "جسيم الرب" يتحدث أيضًا عن الصعوبات التي واجهها العلماء في إثبات وجود الجسيم الافتراضي، الذي تنبأ به لأول مرة هيجز في عام 1964. ولإجراء تجربة علمية للحصول على جسيم الإله، تم بناء مصادم الهادرونات الكبير، الذي بلغت تكلفته أكثر من 8 مليارات دولار. ثم لعدة سنوات لم يتمكنوا من تشغيله. والآن علينا أن نثبت أن الجسيم المكتشف هو الجسيم المفقود في النموذج القياسي للكون.
يمكننا المراهنة بمبلغ كبير على أن معظمكم (بما في ذلك الأشخاص المهتمين بالعلم) ليس لديهم فكرة جيدة عما وجده الفيزيائيون في مصادم الهادرونات الكبير، ولماذا بحثوا عنه لفترة طويلة، وماذا سيحدث بعد ذلك .
لذلك، قصة قصيرة عن ماهية بوزون هيغز.
علينا أن نبدأ بحقيقة أن الناس عمومًا فقراء جدًا في تخيل ما يحدث في أذهانهم في العالم المصغر، على مقياس الجسيمات الأولية.
على سبيل المثال، يتخيل الكثير من الناس من المدرسة أن الإلكترونات عبارة عن كرات صفراء صغيرة، مثل الكواكب الصغيرة، تدور حول نواة الذرة، أو تبدو مثل التوت المكون من بروتونات نيوترونات حمراء وزرقاء. أولئك الذين هم على دراية إلى حد ما بميكانيكا الكم من الكتب الشعبية يتخيلون الجسيمات الأولية كسحب ضبابية. عندما يقال لنا أن أي جسيم أولي هو أيضًا موجة، فإننا نتخيل أمواجًا على البحر (أو في المحيط): سطح وسط ثلاثي الأبعاد يتأرجح بشكل دوري. إذا قيل لنا أن الجسيم هو حدث في مجال معين، فإننا نتخيل حقلاً (شيء طنين في الفراغ، مثل صندوق المحولات).
وهذا كله سيء للغاية. إن كلمات "الجسيم" و"المجال" و"الموجة" تعكس الواقع بشكل سيء للغاية، ولا توجد طريقة لتخيلها. مهما كانت الصورة المرئية التي تتبادر إلى ذهنك ستكون غير صحيحة وسوف تتعارض مع الفهم. إن الجسيمات الأولية ليست شيئًا يمكن رؤيته أو "لمسه" من حيث المبدأ، ونحن، أحفاد القردة، مصممون على تصور مثل هذه الأشياء فقط. ليس صحيحًا أن الإلكترون (أو الفوتون، أو بوزون هيغز) "هو جسيم وموجة في نفس الوقت"؛ هذا شيء ثالث، لم تكن هناك كلمات له في لغتنا (على أنه غير ضروري). نحن (بمعنى الإنسانية) نعرف كيف يتصرفون، يمكننا إجراء بعض الحسابات، يمكننا ترتيب تجارب معهم، لكننا لا نستطيع العثور على صورة ذهنية جيدة لهم، لأن الأشياء التي تشبه على الأقل تقريبًا الجسيمات الأولية ليست كذلك وجدت على الإطلاق على مقياسنا.
لا يحاول الفيزيائيون المحترفون أن يتخيلوا بصريًا (أو بأي طريقة أخرى فيما يتعلق بالمشاعر الإنسانية) ما يحدث في العالم المصغر؛ وهذا طريق سيء، ولا يؤدي إلى أي مكان. إنهم يطورون تدريجيًا بعض الحدس حول الأشياء التي تعيش هناك وماذا سيحدث لهم إذا فعلوا هذا وذاك، ولكن من غير المرجح أن يتمكن غير المحترفين من تكرار ذلك.
لذا، أتمنى ألا تفكر في الكرات الصغيرة بعد الآن. الآن حول ما كانوا يبحثون عنه ويجدونه في مصادم الهادرونات الكبير.
تسمى النظرية المقبولة عمومًا لكيفية عمل العالم على أصغر المقاييس بالنموذج القياسي. وفقا لها، عالمنا يعمل بهذه الطريقة. يحتوي على عدة أنواع مختلفة جذريًا من المادة التي تتفاعل مع بعضها البعض بطرق مختلفة. من المناسب في بعض الأحيان الحديث عن تفاعلات مثل تبادل "أشياء" معينة يمكن قياس سرعتها أو كتلتها أو تسريعها أو دفعها ضد بعضها البعض، وما إلى ذلك. في بعض الحالات يكون من المناسب تسميتها (والتفكير فيها) على أنها جسيمات حاملة. هناك 12 نوعا من هذه الجسيمات في النموذج. وأذكركم أن كل ما أكتب عنه الآن لا يزال غير دقيق وتدنيسي؛ ولكن، كما آمل، لا يزال أقل بكثير من معظم تقارير وسائل الإعلام. (على سبيل المثال، ميز فيلم "صدى موسكو" في 4 يوليو نفسه بعبارة "5 نقاط على مقياس سيجما"؛ وسيقدرها من هم على دراية بها).
بطريقة أو بأخرى، تم بالفعل ملاحظة 11 جسيمًا من أصل 12 جسيمًا في النموذج القياسي من قبل. أما الثاني عشر فهو بوزون يتوافق مع مجال هيغز، وهو ما يعطي العديد من الجسيمات الأخرى كتلة. تشبيه جيد جدًا (لكنه بالطبع غير صحيح أيضًا) لم أخترعه: تخيل طاولة بلياردو سلسة تمامًا توجد عليها كرات بلياردو - جزيئات أولية. إنهم ينتشرون بسهولة في اتجاهات مختلفة ويتحركون في أي مكان دون تدخل. تخيل الآن أن الطاولة مغطاة بنوع من الكتلة اللزجة التي تعيق حركة الجزيئات: هذا هو مجال هيغز، ومدى التصاق الجسيم بمثل هذا الطلاء هو كتلته. لا يتفاعل حقل هيغز بأي شكل من الأشكال مع بعض الجسيمات، على سبيل المثال، مع الفوتونات، وبالتالي فإن كتلتها صفر؛ يمكن للمرء أن يتخيل أن الفوتونات تشبه كرة هوكي الهواء، ولا يتم ملاحظة الطلاء على الإطلاق.
هذا التشبيه برمته غير صحيح، على سبيل المثال، لأن الكتلة، على عكس طلائنا اللزج، تمنع الجسيم من الحركة، ولكن من التسارع، لكنه يعطي بعض الوهم بالفهم.
بوزون هيغز هو الجسيم المقابل لهذا "المجال اللزج". تخيل أنك تضرب طاولة بلياردو بقوة شديدة، مما يؤدي إلى إتلاف اللباد وسحق كمية صغيرة من المادة اللزجة إلى طية تشبه الفقاعة والتي تتدفق بسرعة للخارج. هذا كل شيء.
في الواقع، هذا هو بالضبط ما كان يفعله مصادم الهادرونات الكبير طوال هذه السنوات، وهذا تقريبًا ما تبدو عليه عملية الحصول على بوزون هيغز: لقد ضربنا الطاولة بكل قوتنا حتى بدأ القماش نفسه في التحول من مادة شديدة الانفجار. سطح ثابت وصلب ولزج إلى شيء أكثر إثارة للاهتمام (أو حتى يحدث شيء أكثر روعة، لا تتنبأ به النظرية). وهذا هو السبب وراء كون مصادم الهادرونات الكبير (LHC) كبيرًا وقويًا جدًا: لقد حاولوا بالفعل الوصول إلى الطاولة بطاقة أقل، ولكن دون نجاح.
الآن عن 5 سيجما سيئة السمعة. المشكلة في العملية المذكورة أعلاه هي أنه لا يمكننا إلا أن نطرق الباب ونأمل أن يأتي شيء منها؛ لا توجد وصفة مضمونة للحصول على بوزون هيغز. والأسوأ من ذلك أنه عندما يولد أخيرًا في العالم، يجب أن يكون لدينا الوقت لتسجيله (بطبيعة الحال، من المستحيل رؤيته، وهو موجود فقط لجزء ضئيل من الثانية). ومهما كان الكاشف الذي نستخدمه، فلا يسعنا إلا أن نقول إنه يبدو أننا لاحظنا شيئًا مشابهًا.
تخيل الآن أن لدينا نردًا خاصًا؛ فهو يسقط بشكل عشوائي على أحد الوجوه الستة، ولكن إذا كان بوزون هيغز قريبًا منه في ذلك الوقت بالذات، فلن يسقط الستة أبدًا. هذا هو كاشف نموذجي. إذا ألقينا النرد مرة واحدة وفي نفس الوقت ضربنا الطاولة بكل قوتنا، فلن تخبرنا أي نتيجة على الإطلاق بأي شيء على الإطلاق: هل ظهرت النتيجة على أنها 4؟ حدث محتمل تماما. هل حصلت على 6؟ ربما نكون ببساطة ضربنا الطاولة قليلاً في اللحظة الخطأ، ولم يكن لدى البوزون، على الرغم من وجوده، الوقت الكافي ليولد في اللحظة المناسبة، أو على العكس من ذلك، تمكن من الاضمحلال.
لكن يمكننا أن نقوم بهذه التجربة عدة مرات، بل عدة مرات! عظيم، دعونا نرمي النرد 60,000,000 مرة. لنفترض أن الستة جاءوا "فقط" 9.500.000 مرة، وليس 10.000.000؛ هل هذا يعني أن البوزون يظهر من وقت لآخر، أم أن الأمر مجرد صدفة مقبولة - فنحن لا نعتقد أن النرد يجب أن ينتهي به الأمر على شكل ستة سلس 10 مليون مرة من أصل 60؟
حسنا اه. لا يمكن تقييم مثل هذه الأشياء بالعين المجردة، بل عليك أن تفكر في حجم الانحراف ومدى ارتباطه بالحوادث المحتملة. كلما زاد الانحراف، قل احتمال استلقاء العظم بهذه الطريقة عن طريق الصدفة، وزاد احتمال ظهور جسيم أولي جديد من وقت لآخر (وليس دائمًا) يمنعه من الاستلقاء مثل الستة. من الملائم التعبير عن الانحراف عن المتوسط في "سيجما". "واحد سيجما" هو مستوى الانحراف "الأكثر توقعًا" (يمكن حساب قيمته المحددة من قبل أي طالب في السنة الثالثة في كلية الفيزياء أو الرياضيات). إذا كان هناك الكثير من التجارب، فإن انحراف 5 سيجما هو المستوى الذي يتحول فيه الرأي "العشوائية غير مرجح" إلى ثقة راسخة تمامًا.
أعلن الفيزيائيون عن تحقيق هذا المستوى تقريبًا من الانحرافات على كاشفين مختلفين في 4 يوليو. تصرف كلا الكاشفين بشكل مشابه جدًا لكيفية تصرفهما إذا كان الجسيم الناتج عن ضرب الطاولة بقوة هو في الواقع بوزون هيغز؛ بالمعنى الدقيق للكلمة، هذا لا يعني أن هذا هو بالضبط ما لدينا أمامنا؛ نحن بحاجة لقياس جميع أنواع الخصائص الأخرى له مع جميع أنواع أجهزة الكشف الأخرى. ولكن لم يتبق سوى القليل من الشكوك.
وأخيرا، حول ما ينتظرنا في المستقبل. هل تم اكتشاف "فيزياء جديدة" وتحقق اختراق من شأنه أن يساعدنا في إنشاء محركات الفضاء الفائق والوقود المطلق؟ لا؛ وحتى العكس: أصبح من الواضح أنه في ذلك الجزء من الفيزياء الذي يدرس الجسيمات الأولية، لا تحدث المعجزات، ويتم تنظيم الطبيعة تقريبًا كما افترض الفيزيائيون طوال الوقت (حسنًا، أو تقريبًا). إنه أمر محزن بعض الشيء.
إن الوضع معقد لأننا نعلم على وجه اليقين أنه من حيث المبدأ لا يمكن تنظيمه على هذا النحو تمامًا. النموذج القياسي غير متوافق رياضيًا تمامًا مع النظرية النسبية العامة لأينشتاين، ولا يمكن أن يكون كلاهما صحيحًا في نفس الوقت.
ومكان الحفر الآن ليس واضحًا تمامًا (لا يعني ذلك أنه لا توجد أفكار على الإطلاق، بل على العكس: هناك الكثير من الاحتمالات النظرية المختلفة، وطرق اختبارها أقل بكثير). حسنًا، ربما يكون الأمر واضحًا لشخص ما، ولكن بالتأكيد ليس بالنسبة لي. لقد تجاوزت بالفعل كفاءتي في هذا المنصب منذ وقت طويل. إذا كذبت بشدة في مكان ما، يرجى تصحيح لي.