كان الإغريق القدماء يعتقدون أن الكون مصنوع من دقائق غير قابلة للانقسام أطلقوا عليها ذرات (Atoms). وكما في اللغات ذات الأبجدية حيث يتكون العدد الهائل من الكلمات من تجمع عدد محدود من الحروف، فإن الإغريق كانوا يظنون أن الكم الهائل من المواد يتكون هو الآخر من اتحاد عدد صغير من وحدات بناء أولية معينة. كان ذلك مجرد تخمين غيبي. وبعد مرور أكثر من ألفي عام ما زلنا نعتقد في صحة ذلك بالرغم من أن خواص وحدات البناء الأساسية قد خضعت لتعديلات عديدة. وقد بين علماء القرن التاسع عشر أن الكثير من المواد المألوفة مثل الأكسجين والكربون تتكون من مكونات دقيقة يمكن التعرف عليها، الأمر الذي يتمشى مع المعتقدات التي أرساها الإغريق وأطلقوا عليها اسم ذرات - أي غير قابلة للانقسام ارتبط هذا الاسم بالذرات مع أن التاريخ قد أظهر خطأ ذلك، حيث اتضح أن الذرات قابلة للانقسام". وقد أرست أبحاث كل من طومسون وإرنست رذرفورد ونیلز بوهر وجيمس تشادويك في بداية الثلاثينيات من القرن العشرين نموذجاً للذرة يماثل النظام الشمسي، الأمر المألوف لمعظمنا. وتتكون الذرات - التي صارت أبعد ما تكون عن كونها مادة أولية - - من أنوية تحتوي على بروتونات ونيوترونات محاطة بحشد من الإلكترونات في مداراتها.

ولفترة ما اعتقد كثير من علماء الفيزياء أن البروتونات والنيوترونات والإلكترونات هي الذرات الإغريقية". غير أنه في العام 1968، وفي مركز المعجل الخطي في ستانفورد، وباستغلال الإمكانات المتطورة لتقنية اختبار أغوار المادة، وجد العلماء التجريبيون أن البروتونات والنيوترونات ليست أولية هي الأخرى. وأثبتوا أن كلاً من البروتونات والنيوترونات تتكون من ثلاثة جسيمات أصغر تسمى كواركات (Quarks) - وهو اسم غريب اقتبسه موراي جيل – مان عالم الفيزياء النظرية من مقطع في رواية جيمس جويس "السهر بجانب جثمان فينيغان" Finnegan's Wake لأنه كان يظن أن هذه الجسيمات موجودة. كما أنهم أثبتوا أن الكواركات نفسها تجيء على نوعين أطلقوا عليهما - بلا فلسفة - صفتي" أعلى" و"أسفل". ويتكون البروتون من كواركين اثنين من نوع "أعلى" ، وكوارك واحد من نوع أسفل"، بينما يتكون النيوترون من كواركين "أسفل" وكوارك واحد أعلى".

ويبدو أن كل ما نشاهده في عالمنا الأرضي أو السماوي مصنوع من اتحاد الإلكترونات والكواركات العليا والكواركات السفلى ولا يوجد أي دليل تجريبي على أن أياً من هذه الجسيمات الثلاثة يتكون من مكونات أصغر. غير أن هناك العديد من الدلائل التي تشير إلى أن العالم نفسه به مكونات معينة أخرى. وقد. اكتشف فريدريك راينز (Frederick Reins) وكلايد كوان (Clyde Cowan) في منتصف الخمسينيات من القرن العشرين أدلة تجريبية حاسمة على وجود جسيمة. أساسية رابعة أطلقا عليها "نيوترينو Neutrino، وكان وولفغانغ باولي قد تنبأ بوجودها في بداية الثلاثينيات من القرن العشرين أثبتت النيوترينو أنها جسيمة شبح من الصعب الكشف عنها لأنها من النادر أن تتداخل مع المواد الأخرى. فمثلاً تستطيع جسيمة نيوترينو متوسطة الطاقة أن تعبر خلال تريليونات الأميال من فلز الرصاص من دون أن تتأثر حركتها ولو بصورة ضئيلة جداً، ولا بد أن تشعر براحة لأنه في الوقت الذي تقرأ فيه هذه الجملة تعبر جسدك، وتعبر الأرض كذلك، بلايين من جسيمات النيوترينو التي اندفعت إلى الفضاء من الشمس كجزء من رحلتها المتفردة خلال الكون. وقد اكتشفت جسيمة أخرى في نهاية الثلاثينيات من القرن العشرين، هي "الميون Muon، وهي جسيمة مثل الإلكترون، إلا أنها أثقل منه مائتي مرة. وقد اكتشفها علماء الفيزياء أثناء دراستهم للأشعة الكونية (سيل من الجسيمات التي تنهمر على الأرض من الفضاء الخارجي). وحيث أنه لم تكن هناك في النظام الكوني معضلة أو ظروف مناسبة تستدعى وجود جسيمات الميون، لذلك تلقى عالم فيزياء الجسيمات إيزيدور إسحق رابي (Isidor Isaac Rabi)، الحاصل على جائزة نوبل اكتشاف الميون بفتور قائلاً: "من الذي أمر بهذه ذلك كانت موجودة وكان هناك المزيد بعدها.

الجسيمة " ، ومع وباستخدام تقانة متزايدة المقدرة واصل الفيزيائيون دفع قطع من المادة بعضها مع بعض بطاقة متزايدة لتحدث ظروفاً لحظية غير مسبوقة منذ الانفجار الهائل (Big Bang). وكانوا يبحثون في الشظايا عن مكونات أساسية جديدة يضيفونها إلى قائمة الجسيمات التي كان يتزايد عددها باستمرار. وفي ما يلي ما اكتشفوه أربعة كواركات أخرى الفتنة Charm، والغريب Strange، والقاع Bottom، والقمة top، وكذلك قريب آخر للإلكترون لكنه أثقل منه أطلق عليه اسم "تاو" Tau، وكذلك جسيمتان أخريان لهما خواص تشابه النيوترينو (أطلق عليهما ميون نيوترينو Muon-Neutrino، وتاو نيوترينو Tau-Neutrino - للتفرقة بينهما وبين النيوترينو الأصلية التي أصبح اسمها إلكترون – نيوترينو)، وتنتج هذه الجسيمات من تصادمات عالية الطاقة وتتواجد كالأشباح في لحظات ولا تدخل في تكوين أي شيء من الأشياء التي نتعامل معها، لكن هذا ليس نهاية المطاف. هذه الجسيمات جسيمة مضادة مرافقة . والجسيمات المضادة لها نفس كتلة الجسيمة، لكنها تختلف في بعض الأمور المعينة الأخرى مثل الشحنة الكهربية (كذلك شحنتها بالنسبة لقوى أخرى سنأتي على ذكرها في ما بعد). فمثلاً الجسيمة المضادة للإلكترون تسمى البوزيترون . ولها نفس كتلة الإلكترون تماماً لكن شحنتها موجبة +1 بينما شحنة الإلكترون سالبة -1. وعندما تلتقي المادة والمادة المضادة فإن كلاً منهما بلاشي الآخر لتنتج طاقة بحتة . ولذا لا توجد المادة المضادة في الطبيعة حولنا إلا في ما ندر.

تمكن الفيزيائيون من التعرف على نسق لهذه الجسيمات مبين في الجدول رقم (1-1). وتقع جسيمات المادة في ثلاث مجموعات، غالباً ما يطلق عليها عائلات (Families) وتحتوي كل عائلة على كواركين اثنين وإلكترون أو أحد أقاربه وواحدة من مجموعة النيوترينو وتمتلك الجسيمات المقابلة في العائلات الثلاث خواص متطابقة ما عدا الكتلة التي تزداد من عائلة إلى أخرى. وخلاصة القول أن علماء الفيزياء قد اختبروا بنية المادة حتى وصلوا إلى أبعاد تقترب من جزء من البليون من جزء من البليون من المتر وبينوا أن كل الأشياء التي تتعامل معها اليوم سواء كانت طبيعية أم مصنعة نتيجة تصادمات بذرات عملاقة، كل هذه المواد تتكون من اتحاد بعض الجسيمات من العائلات الثلاث ومن جسيماتها المضادة.

ونظرة خاطفة على الجدول رقم (1-1) تتركك من دون شك متفقاً مع رابي Rabi في حيرته حيال اكتشاف الميون. وقد أعطى تنسيق الجسيمات على شكل عائلات بعض النظام والترتيب، ولكنه أوجد عدداً لا يحصى من التساؤلات الملحة من نوع لماذا؟. لماذا يوجد هذا العدد الكبير من الجسيمات الأساسية وبالذات عندما يبدو أن الغالبية العظمى من الأشياء في العالم من حولنا لا تحتاج إلا للإلكترونات والكواركات العليا والكواركات السفلي؟ لماذا توجد ثلاث عائلات؟ ولماذا لا توجد عائلة واحدة أو أربع عائلات أو أي عدد آخر منها؟ ولماذا تملك هذه الجسيمات كتلة مختلفة عشوائية؟ ولماذا مثلاً تزن الجسيمة تاو حوالي 3520 مرة أثقل من الإلكترون؟ لماذا تزن كواركات القمة 40200 مرة أثقل من الكواركات العليا؟ وهذه أمثلة فقط للعشوائية العددية الظاهرية. فهل حدث ذلك بالصدفة، أم باختبار الهي، أم هل هناك تفسير علمي شامل لهذه السمات الأساسية لعالمنا؟

العائلات الثلاث للجسيمات الأساسية وكتلتها كمضاعفات لكتلة البروتون. وما زالت كتلة النيوترينو ترواغ عملية قياسها تجريبياً.

مواضيع ذات صلة

كيف تبدو الأبعاد المتجعدة؟

المستتبعات الفيزيائية للأبعاد الإضافية

ألغاز الأبعاد الخفية: لماذا نعيش في ثلاثة أبعاد فقط؟"( بعض التساؤلات)

أبعاد أكثر ونظرية الأوتار

نظرية كالوزا - كلاين الحديثة

التوحد في الأبعاد الأعلى

الحركة جيئة وذهاباً على خرطوم المياه: تصور الأبعاد الخفية في الكون الأنيق

وهم المألوف: من أبعاد نيوتن إلى كون كالوزا متعدد الأبعاد

فكرة كالوزا وتنقيح كلاين

إحراج فائق ناجم عن الوفرة

حالة التناظر الفائق: ما قبل نظرية الأوتار

الحركة المغزلية