عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
الائتمان: koto_feja / غيتي إيماجز
ما الذي يشكل المادة التي ندركها في الكون؟
للبدء، هناك المشتبه بهم المعتادين، مثل الإلكترونات, البروتونات, الكواركات و النيوترينوات. ولكن إذا لم تكن هذه الجزيئات غريبة بما فيه الكفاية بالنسبة لك، فأنا هنا لمساعدتك.
هناك جسيمات أخرى نادرة جدًا، ولسنا متأكدين من وجودها. فيما يلي خمسة من أغرب وأندر الجسيمات الافتراضية في الكون.
الفوتون المظلم
الجميع يحب الفوتون. إنه يتماشى مع العديد من الجزيئات الأخرى. لديها نطاق لا نهائي. يجعل المصابيح الكهربائية تعمل. لكنه قد لا يكون النوع الوحيد من الفوتون الموجود. أدخل الفوتون المظلم، الذي يشبه الفوتون العادي ولكنه… مظلم فقط.
الدافع وراء الفوتون المظلم يأتي من ألغاز المادة المظلمة و الطاقة المظلمة. المادة المظلمة هي شكل غير مرئي من المادة التي تشكل معظم كتلة كل مجرة تقريبًا، وتمثل حوالي 25٪ من طاقة الكون. الطاقة المظلمة هي المسؤولة عن التوسع المتسارع للكون وتشكل 70% من محتويات الكون.
من بين الأسئلة العديدة التي تواجه علماء الكونيات مدى بساطة أو تعقيد هذه المكونات المظلمة. نحن نعلم أن المادة العادية معقدة بشكل رائع، مع وجود مجموعة واسعة من الجسيمات والقوى المؤثرة. هل القطاع المظلم كما يسمى كبير وبسيط وغبي، أم أنه غني ومتنوع مثل الجانب المضيء من الكون؟
إذا كان القطاع المظلم معقدًا، فقد يكون هناك المزيد قوى الطبيعة التي تعمل فقط بين المادة المظلمة و/أو الطاقة المظلمة، وستكون الفوتونات المظلمة هي الحاملة لتلك القوى. لم تكتشف أي أبحاث أي دليل على وجود الفوتونات المظلمة حتى الآن، ولكن لا يزال أمامنا الكثير لنتعلمه.
متعلق ب: يمكن لـ “الفوتونات المظلمة” الافتراضية أن تلقي الضوء على المادة المظلمة الغامضة
كورفاتون
دعونا نعود إلى اللحظات الأولى من الانفجار العظيم. يعتقد علماء الكونيات أن كوننا مر بفترة من التوسع السريع بشكل لا يصدق المعروف باسم تضخم اقتصادي. كان السبب وراء هذا الحدث هو وجود مادة غامضة في الكون، تُعرف باسم “الانتفاخ” (والتي كانت في الأساس مثل الطاقة المظلمة على المنشطات).
لا يزال التضخم افتراضيًا، لكن لديه تنبؤ قوي واحد تحت حزامه: البنية الكونية. تتوافق الخصائص الإحصائية للهياكل الموجودة في عالمنا مع ما نتوقعه من التضخم الكوني، لذلك نعتقد أن هذا الحدث الدرامي قد وضع الأساس لنشوء الكون. النجوم, المجرات والمجموعات التي ستظهر لاحقاً.
وعلى الرغم من هذا النجاح، فإن التضخم يواجه بعض القضايا الشائكة. فمن ناحية، من الصعب بناء نماذج للتضخم “طبيعية” – بمعنى أنها تبدأ وتنتهي دون أي ضبط دقيق – ولا تزال تولد بذور البنية الكونية. للتغلب على هذه المشكلة، اقترح بعض المنظرين رفيقًا للتضخم، أطلق عليه اسم المنحنيات.
وظيفة المنحنى هي الجلوس والانتظار بينما يقوم التضخم بعمله. بعد ذلك، يتدخل المنحنى ويضع الأساس للهيكل. وميزة هذا النهج هي أن نماذج التضخم يمكن أن تكون أكثر “طبيعية”، لأننا لا نجبر كيانًا واحدًا – التضخم – على القيام بكل العمل في الكون المبكر.
الجانب السلبي لهذا النهج هو أننا نستبدل كيانًا افتراضيًا بكيانين افتراضيين، وهو ما لا يخفف تمامًا المخاوف من أننا ربما نخطئ في فهم صورة التضخم بأكملها. لكن التقوس يستحق الدراسة على أي حال، لأن البحث في هذا الاتجاه قد يفتح طريقًا واعدًا. علاوة على ذلك، فهو يحمل اسمًا رائعًا حقًا.
جلوبول
حامل القوة القوية هو جسيم يعرف باسم جلون، ومنها تسعة أصناف.
هذا هو الشيء الممتع في الغلوونات: يمكنهم الشعور بالقوة القوية أيضًا. لذا فإن أفضل نماذجنا للبروتون تخبرنا أن الغلوونات عبارة عن فوضى ساخنة من تفاعلات القوى القوية. وهي ليست الفوضى الساخنة الوحيدة لتفاعلات القوة القوية. تحتوي البروتونات والنيوترونات على ثلاثة كواركات (وجلونات)، وهناك عائلة كاملة من الجسيمات تسمى الميزونات، والتي تحتوي على كواركين (وجلونات).
إذًا لدينا كل هذه التركيبات من الكواركات والجلونات متماسكة مع القوة النووية الشديدة. لكن إذا شعرت الغلوونات بالقوة النووية الشديدة على أية حال، فلماذا لا نتخطى جزء الكوارك فحسب؟ لماذا تجعل الأمر معقدًا جدًا؟ فقط اجعل الأمر بسيطًا. وهذه هي الطريقة التي توصلنا بها إلى كرة الغراء، وهي عبارة عن جسيم ضخم مصنوع من مجرد مجموعة من الغلونات… ملتصقة ببعضها البعض.
ثلاث نقاط ضوئية متصلة بواسطة أشعة ضوئية داخل فقاعة شفافة
ما يجعل كرة الغراء بعيدة المنال هو أنها سريعة الزوال بشكل لا يصدق، مع عمر أقل من ميكروثانية. هذا ليس مفاجئا. كل مجموعة من الكواركات والجلونات، باستثناء البروتون، غير مستقرة أيضًا في عزلة. ولكن من المتوقع أن يكون عمر كرات الغراء قصيرًا بشكل استثنائي؛ وإلا لكنا قد رأيناهم يتجولون في ساحاتنا الخلفية الآن.
لكن كرات الغراء أيضًا تنبأت بوجود كتل في نطاق كل الجسيمات المركبة الأخرى تقريبًا. لذلك ربما نكون قد صنعنا ذلك ولكننا لا ندرك ذلك، لأنه عندما نرى جسيمًا جديدًا مفاجئًا في المصادم، فإننا عادةً ما نتمكن من تحديد كتلته فقط. وهذا يعني أننا لاحظنا الكثير من الكرات الغراء التي يعود تاريخها إلى عام 2013، ولكن ما رأيناه قد يكون أيضًا جسيمات أخرى أقل غرابة بكثير.
في الوقت الحاضر، هناك تجارب كاملة، مثل غلوكس، مكرسة للعثور على كرات الغراء. إنه آخر توقع رئيسي لـ النموذج القياسي لا يزال قائمًا، لذا فإن الأمر يستحق البحث عن هذه الجسيمات الغريبة.
X17
لقد كنا نحاول تجاوز النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات منذ أن اخترناه. وفي عام 2015، تلقى الفيزيائيون إشارة تشير إلى احتمال وجود خطأ ما، في المعهد المجري للأبحاث النووية ATOMKI.
قام الفريق بتجميع جهاز للبحث عن الفوتونات المظلمة. تضمن الإعداد إطلاق البروتونات على الليثيوم-7، والذي تحول بعد ذلك إلى نواة البريليوم-8، والتي اضمحلت بعد ذلك وأنتجت أزواجًا من الإلكترونات والبوزيترونات. وقد طارت تلك الأزواج بزوايا مختلفة، واستخدم العلماء حسابات الفيزياء النووية للتنبؤ بانتشار تلك الزوايا. إذا حصلوا على عدد أكبر من تلك الجسيمات مما توقعوا، فربما يكون ذلك بسبب تداخل الفوتونات المظلمة.
وبالفعل، عثر الفريق المجري على إلكترونات وبوزيترونات إضافية. لإعادة إنشاء الإشارة، كان لا بد من وجود جسيم جديد كتلته 17 MeV (34 ضعف كتلة الإلكترون)، لذلك حصل هذا الجسيم الجديد الغامض على اسم: X17.
وفي السنوات التالية، قام الفريق المجري ببناء قائمة رائعة من الإنجازات، والتي تشير جميعها إلى حقيقة هذا الجسيم الجديد، بما في ذلك الأهمية الإحصائية لأكثر من 6 سيجما، والعمل مع المتعاونين للعثور على إشارات مماثلة.
ومع ذلك، فإن معظم مجتمع الفيزياء السائد لديه شكوك حول X17. تحتوي جميع التأكيدات “المستقلة” على بصمة من الفريق المجري الأصلي، ولم يتمكن أي شخص خارج تلك الشبكة من إعادة إنتاج التأثير.
أيضًا، هناك بعض التفسيرات المعقولة نسبيًا للشذوذ الذي ينشأ من هندسة إعداد الكاشف. نظرًا لأننا لا نرى أي دليل جديد على وجود الجسيم، بقدر ما أرغب في وجود X17، فلن أرفع آمالي بعد.
بريون
قصص ذات صلة:
—قصص فيزياء الجسيمات الغريبة التي أذهلت عقولنا في عام 2023
– لقد هز الميون الصغير المتذبذب فيزياء الجسيمات في جوهرها
– ربما يكون جسيم هيغز الجديد والغريب هو الذي سرق المادة المضادة من كوننا
لقد حصلت على العناصر الخاصة بك، مثل الهيليوم والألومنيوم. وهي مصنوعة من جسيمات أساسية، مثل البروتون والنيوترون والإلكترون. لكنها مصنوعة من أشياء أصغر: الكواركات. فلماذا تتوقف عند هذا الحد؟ ربما ما نسميه بالجسيمات الأساسية للكون هو في الواقع هياكل مركبة من أجسام أصغر، مثل البريونات (كما في “الكواركات المسبقة”، ويجب عدم الخلط بينه وبين البريونات.
أحد أكبر الدوافع للبريونات هو أن العديد من الجسيمات متشابهة للغاية مع بعضها البعض ولكنها تختلف فقط بطريقة صغيرة. على سبيل المثال، يختلف الإلكترون والبوزيترون فقط في الشحنة، ويختلف الإلكترون والميون فقط في الكتلة. ليس لدينا حاليًا أي تفسير لهذه الخصائص المتطابقة تقريبًا، لذلك نشك في أنها قد تنشأ من بعض التفاعلات الأخرى.
تم اقتراح البريونات لشرح… حسنًا، تقريبًا كل مشكلة معلقة في النموذج القياسي، بدءًا من سبب وجود ثلاثة أجيال فقط وحتى ماهية المادة المظلمة. لكن يبدو أن لا شيء يلتصق على الإطلاق، وذلك لأنه لم تقدم أي تجربة أي إشارة إلى أن الكواركات و لبتونات هي جزيئات مركبة. نحن نحاول جاهدين أن نفرقهم، لكنهم يستمرون في كونهم على طبيعتهم.