" نحن مصنوعون من مواد نجوم" ، كما قال كارل ساجان العظيم ذات مرة بإيجاز. كل ما تعرفه ، حتى نفسك ، مصنوع من نفس الجسيمات الأساسية.
لكن في بداية الكون ، لم يكن لأي من هذه الجسيمات كتلة. كلهم تحركوا بسرعة الضوء. هذا فقط لأن الجسيمات حصلت على كتلتها من حقل أساسي مرتبط ببوزون هيغز يمكن أن تكون النجوم والكواكب وشكل الحياة.
أو هكذا تقول النظرية. ولكن ، حصلت هذه الفكرة على بعض الدعم الفعلي الجاد عندما تم العثور على جسيم بوزون هيغز في CERN في عام 2012 ، مما يثبت أخيرًا أن هذا المجال يعطي المادة ، كتلة جيدة.
وغني عن القول ، كانت هذه مشكلة كبيرة في عالم الفيزياء! لماذا كان هذا أمرًا مهمًا هو أن النموذج القياسي (المزيد عن ذلك لاحقًا) يمثل جميع الجسيمات السبعة عشر وثلاثة من القوى الأساسية الأربعة التي يتكون منها كوننا.
هذه ، في الواقع ، مكعبات LEGO في الكون! لكن ، لم تكن لتوجد بدون ما يسمى بوزون هيغز.
إذا ما هو؟ هيا نكتشف.
ما هو بوزون هيغز؟
في عام 1964 ، قدم الفيزيائي الإنجليزي بيتر هيجز ورقة إلى مجلة علمية أكدت أن كل الفضاء مليء بحقل ، والذي أصبح يسمى حقل هيغز ، الذي ينقل الكتلة إلى الأشياء. علميًا ، تُعرّف الكتلة بأنها المقاومة التي يقدمها جسم المادة لتغيير السرعة أو الموقف عند تطبيق القوة.
صورة ثلاثية الأبعاد لموجة الجاذبية. المصدر: koto_feja / iStock
بالنسبة لبعض العلماء البارزين في ذلك الوقت ، بما في ذلك الراحل العظيم ستيفن هوكينج ، بدا مفهوم نقل المجال للكتلة مثيرًا للسخرية.
لقد قام بالفعل برهان 100 دولار مع الفيزيائي جوردون كين أن الفيزيائيين لن يجدوا بوزون هيغز. عندما اكتشف الفيزيائيون الجسيم في عام 2012 ، فقد هوكينج رهانه وقال إن الاكتشاف جعل الفيزياء أقل إثارة للاهتمام.
لم يكن قد خسر رهانه فحسب ، بل جعله هذا الاكتشاف يصل إلى نتيجة مروعة للغاية بشأن الجسيم. وأوضح في كتاب من المقالات والمحادثات بعنوان " ستارموس " أن الجسيم يمكن أن يتسبب يومًا ما في نهاية الكون كما نعرفه.
يتفق العلماء إلى جانب هوكينج مع هذا. كانت نظرية يوم القيامة بوزون هيغز موجودة منذ فترة. تقول أن التذبذب الكمي يمكن أن يسبب "فقاعة" فراغية تتوسع عبر الفضاء وتدمر الكون. ومع ذلك ، لا يعتقد العلماء أن هذا سيحدث في أي وقت قريب.
لكن لماذا؟ وكيف؟
يمكنك التفكير في حقل هيغز بهذه الطريقة: ادفع كرة بينج بونج عبر الهواء وهي تتحرك تقريبًا بدون مقاومة ، لكن ادفع كرة بينج بونج نفسها عبر الماء ، وسيكون دفعها أصعب بكثير. يشبه حقل هيغز الماء إلى حد ما.
في السبعينيات ، أدرك الفيزيائيون أن هناك روابط وثيقة جدًا بين القوة الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية. طوروا المعادلات الأساسية لنظرية موحدة والتي اقترحت أن الكهرباء والمغناطيسية والضوء وبعض أنواع النشاط الإشعاعي كلها مظاهر لقوة واحدة تعرف باسم القوة الكهروضعيفة. يتحمل الفوتون والبوزونات W و Z هذه القوة .
ولكن كانت هناك مشكلة. تتنبأ المعادلات بأن هذه الجسيمات ليس لها كتلة ، وقد عرف الفيزيائيون بالفعل أن بوزونات W و Z لها كتلة. لحسن الحظ ، قدم المنظرون روبرت بروت وفرانسوا إنجليرت وبيتر هيجز اقتراحًا لحل هذه المشكلة. اقترحوا أن البوزونات W و Z تتفاعل مع قوة تسمى "مجال هيغز". يعطي المجال كتلة للجسيمات المتبادلة في تفاعلات ضعيفة ولكن ليس للفوتونات المتبادلة في التفاعلات الكهرومغناطيسية. كلما كان الجسيم أقوى يتفاعل مع مجال هيغز ، يصبح الجسيم أثقل.
تدريجيًا ، أدرك فيزيائيون آخرون أن فكرة هيغز تتناسب تمامًا مع معادلات النموذج القياسي. كانت المشكلة الوحيدة هي عدم وجود دليل تجريبي يدعم هذه النظرية. إذا كان مجال هيغز موجودًا ، فيجب أن يشتمل على مقياس بوزون ( جسيم "حامل للقوة" يتوسط أو ينقل القوة الكهرومغناطيسية) ، والذي يُسمى بوزون هيغز ، وأظهرت حسابات الفيزيائيين أن بوزون هيغز يجب أن يكون ضخمًا جدًا و أنه يجب أن يتحلل على الفور تقريبًا.
كيف تحث على ظهور مثل هذه الجسيمات الضخمة سريعة الزوال؟ سيستغرق الأمر 30 عامًا أخرى قبل إنشاء مصادمات الجسيمات وأجهزة الكشف وأجهزة الكمبيوتر القادرة على البحث عن بوزونات هيغز.
أدخل مصادم الهادرون الكبير.
ما هو النموذج القياسي في الفيزياء؟
بدأ النموذج القياسي في الظهور لأول مرة في عام 1897 ، عندما اكتشف الفيزيائي الإنجليزي جيه جيه طومسون الإلكترون ، ولم يُعتبر "مكتملاً" حتى عام 2012 ، مع اكتشاف بوزون هيغز.عندما رفضت المجلة العلمية في البداية ورقة هيغز ، قام بمراجعتها بإضافة مهمة أن نظريته تنبأت بوجود بوزون ثقيل.