في 8 أبريل 2024، توفي عالم الفيزياء النظرية البريطاني بيتر وير هيغز عن عمر يناهز 94 عامًا. كان ذلك قبل 12 عامًا تقريبًا، في 4 يوليو 2012، في قاعة محاضرات مشؤومة إلى حد ما تقع في جنيف، سويسرا، عندما أصبح هيجز رمزًا بارزًا. شخصية في العلم الحديث.
كان ذلك هو اليوم الذي أُعلن فيه أن الاصطدامات بين الجسيمات في منشأة مصادم الهادرونات الكبير (LHC) – والتي يمكن القول إنها التجربة العلمية الأكثر طموحًا وجرأة على الإطلاق – كشفت عن وجود هيغز بوسون.
كان اكتشاف بوزون هيجز، الذي سمي على اسم هيجز نفسه، أمرًا حيويًا في مجال فيزياء الجسيمات. لقد كان آخر شاغل في حديقة الجسيمات اللازمة لإكمال ما يُعرف باسم “النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات”، وهو أفضل وصف لدينا للكون على أصغر المقاييس.
بالنسبة لعائلة هيجز، التي وُلدت في نيوكاسل أبون تاين في المملكة المتحدة لأم اسكتلندية وأب إنجليزي في 29 مايو 1929، فقد قوبلت اللحظة بتدفق من المشاعر. ولم يكن ذلك مفاجئًا، نظرًا لأن هذا الإعلان يمثل تتويجًا لخمسة عقود من عمله، ويؤكد صحة النظرية التي رفض التخلي عنها.
متعلق ب: بوزون هيغز: وأوضح “جسيم الله”.
بعيدًا عن ذروة النموذج القياسي، أشار اكتشاف بوزون هيغز إلى حاجة الفيزيائيين للبدء في استكشاف الفيزياء بما يتجاوز المعايير التي اعتادوا عليها، وبالتالي تحديد مسار الفيزياء لعقود قادمة.
قالت لوز أنجيلا غارسيا بينالوزا، عالمة الكونيات في جامعة ECCI في كولومبيا لموقع Space.com: “مساهمة بيتر هيغز في الفيزياء الحديثة رائعة للغاية”. “أدى عمله في نظرية المجال الكمي إلى نظرية حصل عليها لاحقًا على جائزة نوبل في الفيزياء وتشرح الآلية التي تزود الجسيمات الأساسية بالكتلة.
“لقد كان متقدما على عصره.”
50 عامًا من البحث عن جسيم واحد
شهد القرن العشرين ميلاد فيزياء الجسيمات كنظام خاص به، وأدى إلى خطوات هائلة في هذا المجال الناشئ. ومع ذلك، مع اقتراب ذلك القرن من نهايته ونمو حديقة الجسيمات من حيث شاغليها، بدأ الفيزيائيون يتساءلون عن سبب امتلاك بعض الجسيمات كتلة والبعض الآخر، وخاصة جسيمات الضوء التي تسمى “الفوتونات”، ليس لها كتلة.
بحلول عام 1964، توصل الفيزيائيون الذين يدرسون القوة النووية الضعيفة، وهي واحدة من أربع قوى أساسية في الطبيعة والتي تحدد التحلل الذري للعناصر عن طريق تحويل البروتونات إلى نيوترونات، إلى شيء مثير للدهشة.
يجب أن تكون حاملات هذه القوة، بوزونات W وZ، عديمة الكتلة، لكن حقيقة أن القوة الضعيفة تبدو قوية على مسافات قصيرة وضعيفة على مسافات طويلة تعني أنه لا يمكن أن تكون عديمة الكتلة. إذا كان الأمر كذلك، فسيكون ذلك بمثابة خطر انتهاك قاعدة مهمة في الفيزياء تسمى التناظر، والتي تضمن أن قوانين الطبيعة هي نفسها بغض النظر عن كيفية النظر إليها. وفقًا لـ CERN، يمكنك التفكير في مشكلة التماثل على أنها مشابهة لقلم رصاص يقف على طرفه – وهو نظام متماثل – يميل فجأة للإشارة إلى الاتجاه المفضل، وبالتالي يدمر تماثله.
في عام 1964، اقترح بيتر هيجز وفرانسوا إنجليرت وروبرت بروت حلاً. قالوا إنه قد يكون هناك شيء ما “يخدع” الطبيعة ويكسر التماثل تلقائيًا. إذًا، ماذا يمكن أن يكون هذا الشيء؟
اعتقد هيغز وزملاؤه أنه عندما ولد الكون، ربما كان مليئًا بما يسمى “مجال هيغز” في حالة متماثلة، ولكن غير مستقرة، مثل قلم الرصاص المتوازن بشكل غير مستقر.
في أجزاء من الثانية فقط، سيجد هذا المجال، “مجال هيجز”، تكوينًا مستقرًا، ولكن بفعله هذا، سيكسر تماثله. وهذا بدوره يؤدي إلى ظهور ما يسمى “آلية بروت-إنجليرت-هيجز”، والتي تمنح الكتلة لبوزونات W وZ وتحل التناقض.
في حين أن هذه كانت نظرية حيوية في حد ذاتها، فقد اكتشف لاحقًا أن مجال هيغز سيمنح الكتلة للكثيرين آخر الجسيمات الأساسية، وأن قوة هذه التفاعلات من شأنها أن تعطي الجسيمات المختلفة كتلًا مختلفة. وهذا يعني أنه إذا تم تأكيد النظرية، فسيكون لها تداعيات كبيرة على العلم.
وكانت الخطوة التالية هي الحصول على هذا التأكيد في شكل اكتشاف جسيم من شأنه أن يكون بمثابة “رسول” لمجال هيغز: بوزون هيغز.
هذا البحث سيبرر بناء LHC. يبلغ طوله 17 ميلاً (27 كيلومترًا)، وهو أكبر مسرع للجسيمات تم بناؤه على الإطلاق بتكلفة تبلغ حوالي 4.75 مليار دولار أمريكي.
قال نيما زاردوشتي Nima Zardoshti، عالم فيزياء الطاقة العالية التجريبي في CERN لموقع Space.com: “إن عمل هيغز هو السبب الرئيسي لبناء مصادم الهادرون الكبير في المقام الأول”. “لقد قدمت تنبؤاته بعض التوجيهات النظرية الحاسمة فيما يتعلق بوصول الطاقة التي يحتاجها المصادم LHC من أجل العثور على فيزياء جديدة.”
وفي عام 2012، أتت هذه التكلفة وعشر سنوات من الجهود من خلال التعاون الدولي بين 23 دولة عضو في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) بثمارها.
تم إنشاء سلسلة من الجسيمات الناتجة عن اضمحلال جسيمات بوزون هيغز، وتم التقاطها بواسطة كاشف LHC ATLAS وكاشف الملف اللولبي المضغوط (CMS). وكان هذا هو التأكيد الضروري لنظرية مجال هيغز.
سيتقاسم هيغز وإنجلرت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2013 لهذا الاختراق.
وقالت سوزي شيهي، الأستاذة المساعدة في الفيزياء بجامعة ملبورن والمحاضرة الزائرة بجامعة أكسفورد، في بيان صحفي: “مع البروفيسور بيتر هيجز، فقدت الفيزياء عملاقًا لطيفًا في هذا المجال”. “يُحتفى بعمل هيغز بحق باعتباره إنجازًا رائعًا للبحث المدفوع بالفضول: فقد بدا اقتراحه في عام 1964 حول الوجود المحتمل لمجال هيغز والجسيمات المرتبطة به، بوزون هيغز، في ذلك الوقت وكأنه فكرة غامضة… تم طرح العديد من الآليات النظرية لتفسير المجهول في الفيزياء الأساسية.
“ثم استغرق الأمر ما يقرب من 50 عامًا – وحوالي 13000 عالم ومهندس آخر – لبناء التجارب (ATLAS وCMS) التي مكنت من اكتشاف بوزون هيغز في عام 2012 في مصادم الهادرونات الكبير”.
وأضاف شيهي أن الأمر الأقل شهرة هو كيف كان للأبحاث التي يحركها الفضول تأثير عملي هائل في حياتنا، مما أدى إلى إنتاج نتائج عرضية لا يمكن تصورها مثل شبكة الويب العالمية وتقنيات أفضل لعلاج السرطان.
قال شيهي: “تمثل قصة هيغز درسًا مهمًا لنا جميعًا حول كيفية عمل العلم: كان من الممكن أن يكون أول شخص يشير إلى أن العلم لا يحدث على فترات زمنية لبضع سنوات”. “نحن بحاجة إلى ضمان دعم طويل الأمد للأبحاث التي يحركها الفضول إذا أردنا أن نحقق هذا النوع من الاختراقات في فهمنا للكون الذي يحتفل به بيتر هيجز.”
وأضاف زردوشتي: “على الرغم من أننا اكتشفناه الآن، إلا أن القياس الدقيق لخصائص بوزون هيغز لا يزال أحد أكثر الطرق الواعدة لاستكشاف الفيزياء خارج النموذج القياسي”. “لقد كان عمل هيغز وسيستمر في تشكيل هذا المجال لسنوات عديدة قادمة وربما يكون أكبر قصة نجاح في الفيزياء النظرية في القرن الحادي والعشرين.”
وباعتباري مراسلًا علميًا، فقد أثر إرث هيجز في حياتي شخصيًا أيضًا.
قصص ذات الصلة:
– كيف سيبحث خليفة مصادم الهادرونات الكبير عن الكون المظلم
– قد تكون المادة المظلمة مختبئة في نفاثات الجسيمات في مصادم الهادرونات الكبير
– ربما يقترب مصادم الهادرونات الكبير من المادة المضادة المفقودة في الكون
في 4 يوليو 2019، تمت دعوتي لزيارة مصادم الهادرونات الكبير (LHC) أثناء إيقاف تشغيله وتحديثه، ورؤية كاشف ALICE الخاص به عن قرب واستكشاف أميال من الأنفاق تحت فرنسا وسويسرا حيث يوجد المصادم.
قبل ذلك، حضرت مع العديد من الصحفيين الآخرين جلسة توجيهية في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) في جنيف. أدرك الكثير منا أن ذلك اليوم يصادف مرور سبع سنوات بالضبط على الإعلان عن اكتشاف بوزون هيجز، وكنا نجلس في نفس القاعة التي ذرف فيها بيتر هيجز ذات مرة الدموع عندما سمع تأكيدًا بأن نظريته قد وصلت إلى ثمارها. لقد تمكنت بسرعة من التقاط صورة سيئة للغاية لتلك القاعة. لقد حرصت على التقاط هذه الصورة من منظور المقاعد التي جلس فيها هيجز، لأرى ما كان سيشاهده في ذلك اليوم المهم.
اللحظة أعطتني صرخة الرعب. لا يزال الأمر كذلك.
لقد كتبت عدة مرات عن أهمية اكتشاف بوزون هيغز في فهمنا للفيزياء، وسأستمر في ذلك مرات عديدة. ومع ذلك، في قاعة المحاضرات تلك، شعرت بالارتباط بتلك اللحظة، وأعرف أن العديد ممن جلسوا هناك منذ ذلك الحين شعروا بهذا الارتباط أيضًا.
تخيل مجالًا غير قابل للقياس يمتد عبر الزمان والمكان ليعطي وزنًا مجازيًا للحظة حيوية واحدة غيرت كل شيء – وهو حقل يمكنه ربط كل من يتعلم عن تلك اللحظة نفسها ببعضهم البعض.
أعتقد أن بيتر هيجز ربما أعجب بهذه الفكرة.