كان العام الماضي بمثابة فوز كبير لفيزياء الجسيمات، حيث تآمرت التجارب والطبيعة لإنتاج بعض النتائج المذهلة حقًا. فيما يلي أكبر القصص عن أصغر الجسيمات من عام 2023.
1. هنا تأتي آلهة الشمس
في عام 1992، ذهل علماء الفلك عندما اكتشفوا ما أطلقوا عليه فيما بعد اسم “الكوكب”. يا إلهي الجسيمات، وهو شعاع كوني ينطلق في الغلاف الجوي للأرض بقوة تبلغ 320 إكسا إلكترون فولت (EeV). على المقياس البشري، هذا ليس رقمًا كبيرًا – تقريبًا طاقة كرة السلة التي سقطت على الأرض. لكن بالنسبة للجسيمات دون الذرية، فهي هائلة، وتتجاوز حتى أقوى تجاربنا في المصادمات. وفي العام الماضي، حصل جسيم OMG على شريك: جسيم بقوة 240 إلكترون إلكترون فولت مدبلج أماتيراسو، سميت على اسم آلهة الشمس في الأساطير اليابانية. تم اكتشاف هذا الجسيم الجديد من خلال مشروع مصفوفة التلسكوب في ولاية يوتا، وهو ينضم إلى قائمة نادرة من الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية فائقة النسبية. تأتي هذه الجسيمات النادرة من الأحداث الأكثر نشاطًا في الكون ولكنها غامضة في النهاية. على سبيل المثال، يبدو أن أماتراسو جاءت من اتجاه الفراغ المحلي، دفعة كبيرة من لا شيء في جوارنا الكوني.
اقرأ المزيد هنا: يفتح جسيم “إلهة الشمس” عالي الطاقة إمكانيات لفيزياء جديدة، ويثير العلماء
2. بمن ستتصل؟ جزيئات شبح
علماء الفلك في جميع أنحاء العالم يبحثون عن النيوترينوات. يتم إنتاج هذه “الجزيئات الشبحية” في جميع أنواع التفاعلات النووية وعالية الطاقة، لكنها نادرًا ما تتفاعل مع المادة العادية. لذا، من أجل التقاط النيوترينوات، لجأ علماء الفلك إلى مراصد ضخمة، مثل المرصد الفلكي مرصد آيس كيوب للنيوترينو، والذي يحول كيلومترًا مكعبًا كاملاً من الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي إلى كاشف للنيوترينو. وباستخدام تلك الأداة الحساسة، أعلن علماء الفلك هذا العام عن أداة خاصة بنا مجرة درب التبانة تنتج النيوترينوات بمقدار الدلو. في حين أننا نعلم منذ فترة طويلة أن المجرات الأخرى البعيدة تنتج كميات وفيرة من النيوترينوات، كان هذا أول دليل مباشر على أن مجرتنا تفعل ذلك أيضًا، مما يفتح طريقًا جديدًا تمامًا في علم النيوترينوات.
اقرأ المزيد هنا: العلماء يجدون “جسيمات شبحية” تنطلق من مجرتنا درب التبانة في اكتشاف تاريخي (فيديو)
3. اشعر بالإيقاع
النجوم النابضة ومن المعروف بالفعل أنها كائنات مذهلة. يتم تشكيلها من النجوم النيوترونية، وهي النوى المتبقية من النجوم الميتة. يمكنهم ضغط عدة مرات كتلة الشمس في حجم لا يزيد عن مدينة. أسرعها تدور بشكل أسرع من خلاط مطبخك. في بعض الأحيان، تطلق حزمًا من الإشعاع، وعندما تغمر هذه الحزم الأرض، نسميها النجوم النابضة. أضاف علماء الفلك هذا العام صفة تفضيل أخرى: فوتونات أشعة جاما الأكثر نشاطًا تم اكتشافه من قبل النجم النابض. وباستخدام مرصد النظام المجسم عالي الطاقة في ناميبيا، رأى علماء الفلك الفوتونات قادمة من نجم نابض يقع على بعد حوالي 1000 سنة ضوئية في اتجاه كوكبة فيلا. يكون الفوتون الواحد في هذه الطاقات أقوى بأكثر من مليوني مرة من الفوتونات المرتبطة بالتوهج الشمسي النموذجي، لذا فمن الجيد أنها تم توليدها بعيدًا.
اقرأ المزيد هنا: يفاجئ النجم النابض علماء الفلك بأشعة غاما التي تحطم الأرقام القياسية
4. والآن القارب
بالحديث عن أشعة غاماالنجوم النابضة ليست هي الجسم الفلكي الوحيد القادر على تفجيرها. في الواقع، تكون بعض الانفجارات شديدة جدًا لدرجة أنها تُعرف بشكل مناسب باسم انفجارات أشعة جاما. وفي عام 2022، لاحظ علماء الفلك ألمع انفجار لأشعة جاما على الإطلاق، والذي أطلقوا عليه اسم “القارب” أي “الألمع على الإطلاق”. وفي عام 2023، قرر فريق مختلف من علماء الفلك أن القارب، الذي نشأ في مجرة خلف درب التبانة، كان قويًا بما يكفي ل إزعاج الطبقة العليا من الغلاف الجوي للأرض. وأثر الإشعاع الشديد على طبقة الأيونوسفير، التي تقع بين ارتفاع 31 و217 ميلاً (بين 50 و350 كيلومترًا). وقال الفريق إن التأثير لم يكن كبيرا جدا، لكن حقيقة وجود أي تأثير على الإطلاق أمر مثير للدهشة.
اقرأ المزيد هنا: تمكن انفجار أشعة جاما “BOAT” الذي حطم الرقم القياسي من إزعاج الغلاف الجوي للأرض
5. مضاد الجاذبية غير موجود
المادة المضادة مثل المادة العادية، إلا أن لها شحنة معاكسة. على سبيل المثال، البوزيترون له نفس كتلة ودوران الإلكترون، لكنه يحمل شحنة موجبة وليس سالبة. تم اكتشاف المادة المضادة لأول مرة في أوائل القرن العشرين، وهي حجر الزاوية الرئيسي في الفيزياء النظرية. ولكن إلى جانب الشحنة، ما مدى تطابق المادة المضادة والمادة العادية؟ هذا العام، قرر الفيزيائيون أن، نعم، كل شيء يعمل بنفس الطريقة، خاصة في الاستجابة للجاذبية.
النسبية العامة يقول أن المادة المضادة والمادة يجب أن يتصرفا بنفس الطريقة تمامًا، ولكن لم يتم إجراء أي اختبارات حاسمة حتى هذا العام. إنها ليست نتيجة مفاجئة تمامًا، ولكن من الجيد التحقق من هذه الأنواع من الأشياء خارج القائمة. بعد كل شيء، الطبيعة لديها الكثير من المفاجآت بالنسبة لنا، وأنت لا تعرف أبدا أين يمكن أن تجدها.
اقرأ المزيد هنا: المادة المضادة تستجيب للجاذبية مثلما توقع أينشتاين، هذا ما تؤكده تجربة سيرن الكبرى
6. مصنع النيوترينو
تأتي النيوترينوات بجميع أنواع الطاقات ومن مجموعة متنوعة من المصادر الغريبة. وفي عام 2023، اكتشف علماء الفلك شيئًا آخر: الثقوب السوداء العملاقة. الثقوب السوداء نفسها لا تخلق نيوترينوات – ففي نهاية المطاف، لا شيء يمكنه الهروب من براثن جاذبيتها – لكن الغاز الذي يحوم في فكوكها المفتوحة يمكنه ذلك بالتأكيد. هناك، تتسارع البلازما إلى جزء صحي من سرعة الضوء وتسخن حتى تريليونات الدرجات. وهذه طاقة أكثر من كافية لإنتاج جميع أنواع الجسيمات المجنونة، بما في ذلك النيوترينوات، التي وجدها علماء الفلك تغمر الأرض باستمرار.
اقرأ المزيد هنا: هذه النفاثات ذات الثقب الأسود الهائلة قد تقذف الأرض بـ “جسيمات شبحية”
7. أسرار المادة المظلمة
معظم المادة الموجودة في الكون هي شكل غامض من المادة يُعرف باسم المادة المظلمةوالتي لا يمكننا اكتشافها إلا بشكل غير مباشر من خلال تأثير جاذبيتها على المجرات والكون الأكبر. لا توجد نظرية معدلة جاذبية وهذا يمكن أن يفسر النتائج، لذا فإن أفضل تخمين لدينا حاليًا هو أن المادة المظلمة هي نوع من الجسيمات غير المعروفة.
لقد ظل العلماء يبحثون عن علامات لهذا الجسيم باستخدام أجهزة الكشف المنتشرة في جميع أنحاء العالم، وهذا العام، أعلن تعاون Super Cryogenic Dark Matter Search … أنهم لم يعثروا عليه. هذا ليس بالأمر السيئ. لقد فرض الفريق قيودًا أكثر صرامة على ما المادة المظلمة ليس كذلك، مما يساعد على تضييق نطاق عمليات البحث المستقبلية، ولكن عملية البحث مستمرة.
اقرأ المزيد هنا: ما زلنا لا نعرف ما هي المادة المظلمة، ولكن إليك ما ليست كذلك
8. عندما يأكل الظلام النور
المادة المظلمة غامضة جدًا لدرجة أنه قد تكون هناك مجالات جديدة تمامًا في الفيزياء غير مرئية لنا حاليًا. على سبيل المثال، يمكن أن تكون هناك قوة خامسة جديدة في الطبيعة تعمل فقط بين أنواع مختلفة من جسيمات المادة المظلمة. ستحتاج هذه القوة إلى حاملها الخاص، والذي أُطلق عليه اسم “الفوتون المظلم”، لأن ذلك يبدو ملحميًا حقًا. هذا العام، ألقى فريق من الفيزيائيين بعض الضوء (المقصود بالتورية) على كيفية حدوث ذلك قد تعمل هذه الفوتونات المظلمة والأهم من ذلك، كيف يمكننا اكتشافها. إن أي رؤية نظرية هنا تساعد بشكل كبير، لأننا بحاجة إلى كل المساعدة التي يمكننا الحصول عليها.
اقرأ المزيد هنا: يمكن لـ “الفوتونات المظلمة” الافتراضية أن تلقي الضوء على المادة المظلمة الغامضة
9. مواده المظلمة
عالم المادة المظلمة يمكن أن يصبح أكثر غرابة. غير راضٍ عن نوع واحد فقط من الجسيمات؟ قوة جديدة من الطبيعة ليست كافية؟ حسنًا، ماذا عن الجدول الدوري المظلم بأكمله، مع “أنواع” مختلفة من جسيمات المادة المظلمة التي تتفاعل في رقصتها المتقنة وغير المرئية؟ يؤدي هذا إلى فكرة افتراضية عميقة تُعرف بالذرات المظلمة، حيث تتجمع جزيئات المادة المظلمة معًا في قلوب المجرات. وفقا لبحث جديد هذا العام، يمكن لهذه الذرات المظلمة أن تستمر التأثير على معدل إنتاج النجوم في المجرات المضيفة لها – تأثير محتمل يمكن ملاحظته.
اقرأ المزيد هنا: قد تشكل ذرات المادة المظلمة مجرات غامضة مع تكوين نجمي سريع
10. هوس بابلترون
لقد عرف الكون المبكر حقًا كيف يقيم حفلة. في الثانية الأولى بعد الانفجار العظيمانفصلت قوى الطبيعة عن حالتها الموحدة، لتشكل الكون الذي نعرفه ونحبه اليوم. كانت هذه “الانقسامات” عنيفة وحيوية، ولم تحدث دفعة واحدة في جميع أنحاء الكون. ومع انهيار كل قوة، تشكلت فقاعات الواقع الجديد، وتوسعت واصطدمت ببعضها البعض. اكتشف الفيزيائيون هذا العام أن الفقاعات المتصادمة من شأنها أن تصنع مسرعات جسيمات ممتازة. ربما يطلق عليهم اسم “الفقاعات”. يكون مسؤولا عن الخلق لمعظم الجسيمات التي نعرفها.
اقرأ المزيد هنا: شكلت “الفقاعات” العملاقة قوى الكون بعد لحظات من الانفجار الكبير
11. الشمس الهاربة
الشمس هو أقرب نجم لنا، لذا فهو أيضًا أقرب مختبر للفيزياء النجمية. هذا العام، وباستخدام مرصد شيرينكوف للمياه على ارتفاعات عالية في المكسيك، اكتشف علماء الفلك أن نجمنا موجود أكثر نشاطا بكثير مما كنا نعتقد سابقا. الشمس قادرة تمامًا على توليد كميات زائدة من أشعة جاما، وهي أعلى أشكال الإشعاع طاقة. على الرغم من أن هذا الإشعاع لا يؤذينا بشكل مباشر، إلا أنه يظهر أنه لا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن الشمس.
اقرأ المزيد هنا: تطلق الشمس أعلى طاقة إشعاعية تم تسجيلها على الإطلاق، مما يثير تساؤلات حول فيزياء الطاقة الشمسية