التوحيد Unification
المؤلف:
دكتور حازم فالح سكيك
المصدر:
مقدمة مختصرة عن فيزياء الجسيمات
الجزء والصفحة:
ص18
2025-09-11
255
بالنسبة لنظرية الكون، اعتبار وجود أربع قوى يعد كبيرا، لماذا لا تكون هناك فقــط قـوى كونية واحدة؟ فقد دأب العلماء لعقود مضت إلى توحيد هذه القوى الأربع في قوة واحدة، على الأقل تلك التي وجدت في المرحلة الأولية للكون. إن القوى الأربع التي نلاحظهـا اليوم هي في الأساس جزء من قوة أساسية واحدة، مع ذلك لا يمكننا أن نغفل أن وجودنا يعتمد على وجود الأربع قوى. فلو لم تكن قوى الجاذبية ضعيفة جداً، لوجد فقط ثقــوب سوداء ضخمة في المجرات النجوم والكواكب. ولو لم تكن القوى المغناطيسية تتوازى بدقة مع القوى القوية، فإن النواة سوف تتحطم، ما يعني لا ذرات، لا جزيئات في الكيمياء وعلم الأحياء. إن القوى الضعيفة ينتج عنها ظواهر دقيقة، فالاحتراق البطيء لنجوم مثل شمسنا لا يمكن أن يحدث بدون التفاعلات الضعيفة، وانفجارات السوبرنوفا والتي نتج عنها كل العناصر الأثقل من الحديد تعتمد كذلك على التفاعلات القوية للنيوترون، وإشعاعها في باطن الأرض لإبقائه دافئاً.
وليس من المعقول أن تخص أربع نظريات مختلفة لحساب هـذه الـقــوى. فيمكن تفسير التفاعلات الكهرومغناطيسية للجسيمات على أساس النظرية الكمية الحديثة Quantum(Electrodynamics (Q ED. أما التفاعلات الضعيفة فلها نظريتها الخاصة ، لكن تم جمع هذه القوي في نظرية واحدة هي نظرية القوى الكهرومغناطيسية الضعيفة Electroweak Theory في النموذج القياسي Standard Model. أما التفاعلات القوية بين الكواركات والغلونات فلها نظرية أخرى تسمى النظرية الكمية الصبغية (Quantum Chromodynamics (QCD)، وذلك لأن التعادل في الشحنات يطلق عليه (لون). وتفسر النظرية النسبية العامة لأينشتاين أن قوى التجاذب هي ظاهرة هندسية في الزمكان space-time.
كما أظهر ماكسويل Maxwell أن القوى الكهربية والمغناطيسية لهما نفس الظاهرة الأساسية والتي عرفت بالكهرومغناطيسية، ونظرية القوى الكهربية الضعيفة Electroweak والتي حاز فيها كل من جلاشو Glashow وسلام Salam وواينر بيرج Weinberg على جائزة نوبل في عام 1979 نجحت في توحيد التفاعلات الكهرومغناطيسية مع القوى الضعيفة في نظرية أطلق عليها Electroweak . وكما نلاحظ أن القوة الفعلية لقوى التفاعلات المختلفة الأربع في جدول 2، أغفلنا أن هذه القوى تعتمد على درجة الحرارة والتفاعلات بين مستويات الطاقة. بالرغم من أن هذه القوى تختلف نوعيا في وجود درجة الحرارة ( على سبيل المثال عندK300أو ما يعادلها من الطاقة حوالي 1/40) ، إن التفاعلات الضعيفة تعتمد بقوة على الطاقة فعند تصادمات عند حوالي Gc 1000 فقط تكون قوية كفاية لتصل إلى القوى الكهرومغناطيسية. وتفسر نظرية Electroweak هذا كله في النموذج القياسي. والمعادلات الأساسية متماثلة في أن كلا التفاعلين موجودان وأن كتل جميع الكمات تساوي الصفر.
وعند انخفاض درجة الحرارة فينتهي هذا التماثل وتنفصل الكمات إلى أربع بوزونات مختلفة الكتــل: W + و W (كلاهما GeV 80)، والكتلة 91GeV)Z) وفوتون 8 كتلته تساوي صفر.
في درجة حرارة الغرفة فإن الكتل W و Z لا تلعب دوراً هاما، لكن عند طاقة عالية جدا ً VGe300 أو أكثر فإن الفرق بين كتلة الصفر للفوتون والأثقل البوزونات W،Z يزول، وتكون جميعها متساوية في القوة. في عام 1983 البوزون W والبوزون Z تم اكتشافهم في مختبر سيرن CERN في جينيف، عند تصادمات طاقة عالية للبروتونات والبروتونات المضادة، وتم توقع كتلتيهما وعندها بدأ النموذج القياسي Standard Model يشق طريقه.
وبعد كل ذلك ما زال جزء مفقود لم يعثر عليه بعد كدليل، وكما ذكرنا فإن نظرية electroweak عند انخفاض درجة الحرارة وانفصال القوى تكسب البوزونات كتلتها. والمسبب لهذا هو مجال جديد يسمى مجال هيجز Higgs field، ولنا أن نتصور كيف يحدث ذلك، يجب أن تعلم أن الكتلة الظاهرة هي نتيجة للقصور الذاتي ومقاومة التسارع. فإذا كان مجال هيجز Higgs field يتخلل فجأة كل الفضاء وأن الكون يبرد، وان يكون بمثابة سحابة على كل الجسيمات التي تتحرك في الفضاء، وتعتمد السحابة على كيفية تفاعل كل جسيم مع مجال هيجز Higgs field، وتظهر هذه السحب القصور الذاتي وبالتالي قابلية قياس كتلة الجسيمات والتي كانت أساساً عديمة الكتلة، والآن يجب أن نبحث عن البوزون الذي يحمل هذه المجال - بوزون هيجز Higgs boson. والذي يعتبر من أهم ما يميز النموذج القياسي Standard Model لحسم الأمر. ومن المتوقع أن يمتلك كتلة تقدر بحوالي 100GeV . للوصول إلى أكبر المسارعات في المستقبل القريب.
الاكثر قراءة في فيزياء الجسيمات
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
