المعجل جهاز ينتج حزمة من الجسيمات - إما بروتونات أو إلكترونات – وهي تنطلق بسرعات تقترب من سرعة الضوء. وتوجه هذه الجسيمات إلى هدف، ويمكن لأى مجموعة من الذرات أن تقوم بهذه المهمة. وفي بعض التصادمات بين الجسيمات يتحول جزء من طاقتها إلى كتلة من الجسيمات الجديدة، تبعا للمعادلة (ط = ك × س 2). وليس ثمة أهمية في الاعتقاد بأنه من غير المحتمل أن ينتج جسيم معين من تلك التفاعلات، إذ لو توفرت لنا طاقة كافية في حزمة الجسيمات وانتظرنا لفترة طويلة كافية، فإنه عاجلاً أو آجلاً، سوف نرى ما نتوقعه والأمل الذي نتشبث به في التجارب الحالية، أن هذا سيكون حقيقيًا في البحث عن المادة المظلمة، كما كان في البحث عن الجسيمات الأخرى في الماضي.

وقبل أن نمعن النظر في تجارب بعينها، يجب أن نأخذ بعض النقاط في الاعتبار، أولها، أن الطاقة التي تنتقل إلى أي حزمة من الجسيمات، بواسطة أي معجل، تكون

بالضرورة محدودة. وبمعنى آخر، ثمة حد أعلى - لأى آلة - لكمية الطاقة المتاحة لتتحول إلى كتلة. ويعنى ذلك أن أى نتيجة سلبية في بحث ما لا يمكن أن تؤخذ دليلا حاسما ومقنعا بوجود نوع معين من المادة المظلمة، بل يعد فقط كإفادة بأن الجسيم الذي خضع للبحث، له كتلة أكبر من أقصى كتلة يمكن أن تنتجها طاقة هذه الآلة تحديدا. وهناك دائماً إمكانية أن آلة الطاقة التي سيتم تشييدها في المستقبل القريب سوف تنتج بوفرة جسيماً جديداً لا يمكن اكتشافه بالتكنولوجيا المعاصرة.

 أما النقطة الثانية، فهى أن كثيراً من المرشحات الغريبة للمادة المظلمة، والتي تمت مناقشتها في الفصل الحادي عشر، لا يمكن إنتاجها بانفراد، ولكن يجب أن تنتج في أزواج، وتخبرنا النظريات - على سبيل المثال - أنه لا يمكننا إنتاج فوتينو مفرد ومنعزل في أي تفاعل بين الجسيمات يبدأ بارتطام إلكترون أو بروتون بالمادة العادية ليس بمقدورنا أن ننتج سلكترونا منفردا، بل يجب إنتاج سلكترونين سلكترون وسلكترون مضاد. وفي الواقع، فإن هذه الازدواجية تقسم الطاقة إلى نصفين، وهي المتوفرة للتحول إلى كتلة فى أى معجل، إذن إن الطاقة يجب أن تقسم بين كل من طرفي الزوج.

وأفضل تصميم لآلة يمكنها أن تبحث عن الجسيمات الجديدة، تتطلب ما يطلق عليه الفيزيائيون جهاز تصادم حزم الأشعة". ويوضح الرسم التقريبي في الشكل (1) نموذجاً رمزياً لهذه الآلة؛ حيث ينتج أحد المعجلات حزم من الجسيمات التي تحق» في حلقات ضخمة، وفيها تؤدى مغناطيسات قوية، إلى أن تظل الجسيمات تدور. وتتحرك الجسيمات ذات الشحنة الكهربية الموجبة (كالبروتونات) في اتجاه واحد، حول الحلقة. بينما تدور الجسيمات ذات الشحنة الكهربية السالبة (مثل البروتونات المضادة)، في الاتجاه الآخر. وقد صممت ،الحلقة، بحيث إنه في أماكن معينة مثل تلك التي وضعت عليها علامة x في الشكل، تصطدم حزمتا الجسيمات - ببعضها - بالمواجهة. في تلك اللحظات، تكون كل الطاقة المقتسمة بين الجسيمات المعجلة، متوفرة للتحول إلى كتلة وليس ثمة منظومة ممكنة، أكثر كفاءة. وبالتالي، أنه بالات من هذا النوع، أجريت الأبحاث الرئيسية عن المادة المظلمة.

الشكل 1

وأحد البحوث التي تم تنفيذها في هذا المجال استخدمت فيه عدد من الآلات التي يمكنها إطلاق حزم عالية الطاقة من الإلكترونات والبوزيترونات (1)، والفكرة هي أنه عندما تصطدم هذه الجسيمات ببعضها، يمكننا أن نحصل على تفاعلات مثل تلك الموضحة في الشكل (2) إذ يتصادم إلكترون وبوزيترون المنتجان من المعجل، مما يؤدى - على سبيل المثال - إلى إنتاج جسيمات نقيضة لهما، في عالم فائق التماثل أي سلكترون وسلكترون مضاد. وفي الفصل الحادي عشر علمنا أن الجسيمات فائقة التماثل، تعطى دائماً طاقة، إلى أن تصبح أخف جسيمات ممكنة. ويعنى الوصول إلى هذه الحالة أن السلكترون والسلكترون المضاد، سوف يتحولان - في نهاية الأمر - إلى فوتينوات وجسيمات عادية، كما هو مبين في الشكل (2) .

الشكل 2

وكما أوضحت من قبل أنه من المستحيل الكشف عن الفوتينوات مباشرة، ذلك أن تفاعلها مع المادة العادية، ضعيف للغاية، ومع هذا، يمكننا الكشف عن الإلكترون والبوزيترون اللذين ينتجان عن اضمحلال السلكترون والسلكترون المضاد. وثمة خصائص معينة، لزوج الإلكترون - بوزيترون الناتج عن عملية فيزيائية أخرى تشتمل على المادة العادية.

ومن ثم فإنه من الممكن القول بأن الفوتينو قد أنتج، حتى لو لم نتمكن من الكشف عنه بشكل مباشر. والأبحاث التي تدور حول التفاعلات مثل ذلك الموضح في الشكل (2)، قد أجريت في معاهد الأبحاث بالجامعتين الأمريكيتين (كورنل) و(ستانفورد) وفي (هامبورج) بألمانيا، وحتى الآن لم يتم التوصل إلى أى دليل في أحد التفاعلات، عن إنتاج فوتينو، من هذا، يمكن استخلاص نتيجة، مفادها أنه إذا كان الفوتينو موجوداً، سوف تكون كتلته - على أقل تقدير - أكبر بثلاث وعشرين مرة عن كتلة البروتون. وربما لم يجد الباحثون في تجاربهم، ذلك الجسيم الذى كانوا يبحثون عنه، بيد أن النتائج التي توصلوا إليها، يمكن استخدامها لوضع حدود لخصائص ذلك الجسيم الذي ربما يجدونه في نهاية الأمر.

ويمكن إجراء بحث مشابه للجسيمات الفائقة التماثل بواسطة الآلات التي بمقدورها إنتاج حزم متصادمة من البروتونات والبروتونات المضادة، مثل ذلك المعجل الضخم الذي يوجد في المركز الأوروبي للبحوث (النووية) - والمعروف اختصاراً بالحروف CERN - والذي يقع في جنيف بسويسرا. وفى هذه الآلة الجبارة، يمكن أن يحدث تفاعلا مثل ذلك الموضح في الشكل (3) والذي يمكن أن ينشأ - في الأساس - من تصادمات بالمواجهة بين البروتونات والبروتونات المضادة.

وكما كان عليه الحال في التجارب التي أجرتها آلات الإلكترون، فإن الفوتينوات الناتجة - في ذلك النوع المختلف من التفاعلات - لم يمكن الكشف عنها مباشرة. وما بمقدورنا أن نكتشفه، تلك الطاقة المفقودة، التي انتزعت بالتأكيد من هذين الجسيمين. ويمكننا أن نتوصل إلى فكرة ما عن هذه العملية، إذا أمكنك تخيل أنك ترتحل على طول سكوارك على الفرع العلوى للتفاعل، كما هو موضح في الشكل (3) وعندما يضمحل السكوارك إلى فوتينو ورذاذ من المادة العادية، سوف تواجه بموقف كالموضح إلى اليسار في الشكل (4) وسوف تأتى المادة العادية في هيئة انبثاق نفاث ينطلق إلى اتجاه واحد بحيث تعادل الفوتينوات التي سوف تندفع إلى الاتجاه الآخر.

الشكل 3

ولو أحيط السكوارك بكاشف كما هو موضح في الشكل (4)، فإن انبثاق جسيمات المادة العادية، يمكن الكشف عنه، ولكن ليس الفوتينوات. في هذه الحالة سوف يجابهنا وضع مختل التوازن، وفيه تنطلق الجسيمات إلى اليمين حيث لا تضادها - بقوة مساوية - أى جسيمات مندفعة إلى اليسار. ولو تخيلت تحريك الكاشف من مستوى كروى إلى آخر مسطح، فسوف تحصل على قراءة مثل تلك الموضحة إلى اليمين، نتوء وحيد يطابق الانبثاق النفاث) على خلفية منخفضة.

Experimental Searches for Dark Matter

الشكل 4

ويؤكد (كارلو روبيا) - الحائز على جائزة نوبل، والذي يعمل في منطقة الكاشف.

1-UA في CERN - بأنه قد شاهد بعض الأحداث من ذلك النوع الموضح في الشكل وهناك مخطط المخرجات الكاشف إلى اليمين في الشكل (4)، يتوافق مع بعض أفكاره التي أدلى بها. ومنذ ربيع العام 1988، لم يفسر الفيزيائيون هذه النتائج كبرهان لوجود الجسيمات فائقة التماثل إذ إنه من المحتمل الحصول على إشارات

مثل تلك الموضحة في الشكل - للتفاعلات التي تتضمن المادة العادية فحسب. وعلى سبيل المثال فإن الجسيم الذي لم يكتشف بعد يمكن أن يكون نيوترينو أو أي جسيم آخر، لم يسجل من قبل في سجل آلة المختبر، والسؤال الجوهري هو عما إذا كانت الأحداث التي شوهدت في CERN ، قد وقعت بشكل أكثر مما كان متوقعا منها، على أساس الفرض، بأنها جرت بواسطة تفاعلات المادة العادية فقط، ولا يبدو أن هذه هي الحالة قيد الدراسة، ومع ذلك، فإن الأبحاث التي جرت في CERN، قد أظهرت إحدى الطرق لمحاولة الكشف عن المادة المظلمة، التي تشكل معظم الكون.

مواضيع ذات صلة

اقتصاديات النانو

نضريات حول مصير الكون

المادة المظلمة ماذا سيكون مذاقها ؟

مصير الكون

لو أن الإشعاع يتكتل مع المادة

لم يكن لدى المجرات الوقت الكافي لتشكيل العناقيد المجرية

لن تعمل الاضطرابات أيضا

لم يكن لدى المجرات الوقت الكافي لتتشكل

لا يمكن أن تكون المجرات قد تشكلت قبل تكوين الذرات

التطوير التقني لمعجلات كوكروفت - والتن

مولد كوكروفت ووالتن المتعاقب

استخدام الأشعة الذرية في الزراعة