الفيزيائيون ربما اكتشفوا "قوة جديدة للطبيعة" في تجربة مثيرة!

والآن، يبدو أن النتيجة الجديدة، التي لم تُراجع بعد، من مصادم الجسيمات العملاق التابع لـ CERN، تضيف مزيدا من الدعم للفكرة.

وتُعرف أفضل النظريات الحالية عن الجسيمات والقوى بالنموذج القياسي، الذي يصف كل ما نعرفه عن الأشياء المادية التي تشكل العالم من حولنا بدقة لا تخطئ فيها. والنموذج القياسي هو بلا شك أنجح نظرية علمية دُوّنت على الإطلاق، ومع ذلك نعلم في الوقت نفسه أنه يجب أن يكون غير مكتمل.

ويصف فقط ثلاثا من القوى الأساسية الأربعة - القوة الكهرومغناطيسية والقوى القوية والضعيفة، تاركا الجاذبية. ولا يوجد تفسير للمادة المظلمة التي يخبرنا بها علم الفلك أنها تهيمن على الكون، ولا يمكنها تفسير كيفية بقاء المادة أثناء الانفجار العظيم.

إقرأ المزيد

ظاهرة "الكريستال الإلكتروني" تصوّر مباشرة لأول مرة على الإطلاق

لذلك، فإن معظم الفيزيائيين واثقون من أنه لا بد من وجود المزيد من المكونات الكونية التي لم تكتشف بعد، ودراسة مجموعة متنوعة من الجسيمات الأساسية المعروفة باسم "كواركات الجمال" هي طريقة واعدة بشكل خاص للحصول على تلميحات لما قد يكون هناك أيضا.

وتُعرف "كواركات الجمال"، التي تسمى أحيانا كواركات القاع، بأنها جسيمات أساسية تشكل بدورها جسيمات أكبر. وهناك ست نكهات من الكواركات مُدبلجة لأعلى وأسفل وغريب وساحر وجمال/قاع وصدق/أعلى. وعلى سبيل المثال، تشكل الكواركات العلوية والسفلية البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة. و"كواركات الجمال" غير مستقرة، وتعيش في المتوسط ​​لحوالي 1.5 تريليون جزء من الثانية قبل أن تتحلل إلى جسيمات أخرى. ويمكن أن تتأثر طريقة اضمحلال "كواركات الجمال" بشدة بوجود جسيمات أو قوى أساسية أخرى.

وعندما يتحلل "كوارك الجمال"، فإنه يتحول إلى مجموعة من الجسيمات الأخف، مثل الإلكترونات، من خلال تأثير القوة الضعيفة. وتتمثل إحدى الطرق التي قد تصبح بها قوة جديدة للطبيعة معروفة بالنسبة لنا، في التغيير بمهارة لعدد المرات التي تتحلل فيها "كواركات الجمال" إلى أنواع مختلفة من الجسيمات.

واستندت الورقة البحثية لشهر مارس إلى بيانات من تجربة LHCb، وهي واحدة من أربعة أجهزة كشف جسيمات عملاقة تسجل نتائج الاصطدامات فائقة الطاقة التي ينتجها المصادم LHC. (يرمز الحرف "b" في LHCb إلى "الجمال").

ووجد أن "كواركات الجمال" تتحلل إلى إلكترونات وأن أقاربها الأثقل وزنا تسمى الميونات بمعدلات مختلفة. وكان هذا مفاجئا حقا لأنه وفقا للنموذج القياسي، فإن الميون هو في الأساس نسخة كربونية من الإلكترون - متطابق في كل شيء باستثناء كونه أثقل بحوالي 200 مرة، وفقا لهاري كليف، فيزيائي الجسيمات، في جامعة كامبريدج.

وهذا يعني أن جميع القوى يجب أن تسحب الإلكترونات والميونات بقوة متساوية - عندما يتحلل "كوارك الجمال" إلى إلكترونات أو ميونات عبر القوة الضعيفة، يجب أن يفعل ذلك بالقدر نفسه.

وبدلا من ذلك، وجد الباحثون أن تحلل الميون كان يحدث فقط بنسبة 85% تقريبا مثل تحلل الإلكترون. وبافتراض أن النتيجة صحيحة، فإن الطريقة الوحيدة لشرح مثل هذا التأثير، ستكون إذا كانت بعض قوى الطبيعة الجديدة التي تسحب الإلكترونات والميونات بشكل مختلف تتدخل في كيفية تحلل "كواركات الجمال".

وتسببت النتيجة في إثارة حماسة كبيرة بين علماء فيزياء الجسيمات. وبحث كليف عن إشارات لشيء يتجاوز النموذج القياسي لعقود من الزمن، وعلى الرغم من عشر سنوات من العمل في LHC، لم يعثر على شيء قاطع حتى الآن.

لذا فإن اكتشاف قوة جديدة من الطبيعة سيكون أمرا هائلا، ويمكن أن يفتح الباب أخيرا للإجابة عن بعض أعمق الألغاز التي تواجه العلم الحديث.

وبينما كانت النتيجة محيرة، لم تكن حاسمة. وتأتي جميع القياسات بدرجة معينة من عدم اليقين أو "الخطأ". وفي هذه الحالة، كان هناك احتمال واحد من كل 1000 أن تكون النتيجة تذبذبا إحصائيا عشوائيا - أو "ثلاث سيغما" كما يُقال في لغة فيزياء الجسيمات.

وقد لا يبدو واحدا من كل 1000 عددا كبيرا، لكننا نجري عددا كبيرا جدا من القياسات في فيزياء الجسيمات، لذا قد تتوقع أن تتسبب حفنة صغيرة في طرح القيم المتطرفة عن طريق الصدفة العشوائية.

إقرأ المزيد

ورقة بحثية جدلية تزعم أن الأرض قد تكون محاطة بنفق مغناطيسي عملاق!

ولكي نكون متأكدين حقا من أن التأثير حقيقي، سنحتاج إلى الوصول إلى خمسة سيغما - وهو ما يعادل فرصة أقل من واحد في المليون لأن يكون التأثير ناتجا عن صدفة إحصائية قاسية.

وللوصول إلى هناك، احتاج الباحثون إلى تقليل حجم الخطأ بمزيد من البيانات. وإحدى طرق تحقيق ذلك هي ببساطة تشغيل التجربة لفترة أطول وتسجيل المزيد من حالات الاضمحلال.

وتجري حاليا ترقية تجربة LHCb لتكون قادرة على تسجيل الاصطدامات بمعدل أعلى بكثير في المستقبل، ما سيتيح إجراء قياسات أكثر دقة. ولكن، يمكن أيضا الحصول على معلومات مفيدة من البيانات التي سُجلت بالفعل من خلال البحث عن أنواع مماثلة من الانحلال يصعب اكتشافها.

ونظرت دراسة مارس في "كواركات الجمال" التي جرى إقرانها مع كواركات "علوية". ودرست النتائج انحلالين: أحدهما حيث تم إقران "كواركات الجمال" مع كواركات "أسفل"، والآخر حيث تم إقرانهما أيضا مع كواركات علوية.

ولا ينبغي أن يكون الاختلاف في الاقتران مهما، على الرغم من أن الانحلال الذي يحدث في الأعماق هو نفسه، ولذا نتوقع أن نرى التأثير نفسه، إذا كانت هناك بالفعل قوة جديدة هناك.

وكان تحلل الميون يحدث فقط حوالي 70% مع تحلل الإلكترون، ولكن مع وجود خطأ أكبر، ما يعني أن النتيجة هي حوالي "سيغما" من النموذج القياسي (حوالي اثنين من كل مائة فرصة لتكون إحصائية شذوذ).

وهذا يعني أنه على الرغم من أن النتيجة ليست دقيقة بما يكفي من تلقاء نفسها للمطالبة بأدلة مؤكدة لقوة جديدة، إلا أنها تتوافق بشكل وثيق مع النتيجة السابقة وتضيف مزيدا من الدعم لفكرة أننا قد نكون على شفا مهمة كبرى.

وبالطبع، لا يزال هناك بعض الطريق لقطعه قبل أن نتمكن من الادعاء بدرجة من اليقين بأننا نشهد بالفعل تأثير قوة خامسة من قوى الطبيعة.

وفي الوقت نفسه، فإن التجارب الأخرى في LHC، وكذلك في تجربة Belle 2 في اليابان، تقترب من القياسات نفسها. وفي الأشهر أو السنوات القليلة المقبلة يمكن فتح نافذة جديدة على المكونات الأساسية لكوننا.

المصدر: ساينس ألرت