حقبة جديدة من الاكتشافات في تاريخ البشرية

حقبة جديدة من الاكتشافات في تاريخ البشرية

شرع العلماء في المنظمة الاوروبية للابحاث النووية (سيرن) في محاولة جديدة لاحداث تصادم بين الجسيمات على سرعات متناهية الكبر تكاد تقترب من سرعة الضوء في محاكاة للانفجار العظيم الذي نشأ عنه الكون.
وقال رولف ــ ديتر هوير المدير العام لسيرن الواقعة في منطقة الحدود الفرنسية ــ السويسرية المشتركة قرب جنيف «نحن نفتح الباب امام علم الفيزياء الجديدة ونستهل حقبة جديدة من الاكتشافات في تاريخ البشرية»
وهكذا بدأت اضخم تجربة علمية في العالم باحداث تصادم بين حزمتي جسيمات من البروتونات تسيران في اتجاهين متقابلين في مسار بيضاوي داخل نفق طوله 27 كيلومترا في مصادم الهدرونات الكبير وبكم طاقة يصل الى 3.5 تريليون الكترون فولت لمحاكاة الظروف التي اعقبت الانفجار العظيم.

ومصادم الهدرونات الكبير هو مجمع ضخم من المغناطيسات الحلقية العملاقة والاجهزة الالكترونية المعقدة والحاسبات وتكلف انشاؤه عشرة مليارات دولار ويصل عمره الافتراضي الى 20 عاما.
والالكترون فولت هي وحدة لقياس الطاقة وتعادل كمية طاقة الحركة التي يكتسبها الكترون وحيد حر الحركة عند تسريعه بواسطة جهد كهربائي ساكن قيمته واحد فولت في الفراغ.
وحين تحطم الجسيمات بعضها بعضا فان كل تصادم يحدث انفجارا سيمكن الاف العلماء في شتى ارجاء الارض من المشاركين في مشروع المختبر الاوروبي لفيزياء الجسيمات من رصد وتحليل ما حدث خلال فترة متناهية الصغر من الزمن اعقبت حدوث الانفجار العظيم الذي وقع قبل 13.7 مليار عام.
وكانت سيرن اعادت تشغيل المصادم في نوفمبر تشرين الثاني من العام الماضي في اعقاب اغلاقه تسعة ايام. ودشنت الاختبارات في المصادم في سبتمبر من عام 2008 لكنها توقفت فترة اثر مشاكل تتعلق بزيادة درجات الحرارة الناجمة عن تعطل موصلات ضخمة متصلة بمغناطيسين لتبريد قلب المصادم. ويأمل العلماء في ان تميط هذه التجربة العملاقة اللثام عن طلاسم كونية منها منشأ النجوم والكواكب وماهية المادة المعتمة غير المرئية.

ولادة الكون
ويركز العلماء في تجاربهم المستفيضة على التعرف على كيفية نشوء المادة وما يعرف بضديد المادة وما اذا كان هناك وجود لما يعرف نظريا باسم بوزون هيغز وهو جسيم افتراضي قال عالم الفيزياء الاسكتلندي بيتر هيغز قبل ثلاثة عقود من الزمن انه يساعد على التحام المكونات الاولية للمادة ويعطيها تماسكها وكتلتها.
وقد اخفقت جميع المحاولات السابقة في فك شفرة جسيم بوزون الذي يعتقد انه اسهم في تكون النجوم والكواكب والمجرات من مخلفات المواد المنشطرة من الانفجارات ومن ثم نشأة الحياة على كوكب الارض وربما في عوالم اخرى مجهولة.
وتعليقا على نجاح التجربة، قالت المتحدثة باسم المركز والعالمة باولا كاتابانو «هذه بداية حقبة جديدة»، في حين ينتظر الاف العلماء هذا الحدث الذي قد يؤدي الى اكتشاف بوزونات هيغز، وهي الحلقة المفقودة من سلسلة البنية الاساسية للمادة.

بعد النجاح
وبعد النجاح في احداث تصادمات بين جسيمات بطاقة قياسية بمعدل 50 تصادما في الثانية، بدأ العلماء محاولات لزيادة العدد الى 300 في الثانية داخل مصادم الهدرونات الكبير.
ويرى المتحدث جيمس جيليز ان الهدف هو زيادة تدفق المعلومات في الشهور المقبلة عما يحدث عندما تتصادم الجسيمات بقوة اجمالية تبلغ سبعة تريليونات الكترون فولت وبسرعة تكاد تقترب من سرعة الضوء.
في الوقت نفسه، اقتربت المصادمات بمثل هذه القوة جدا من محاكاة الاحداث التي وقعت بعد كسور متناهية الصغر من الثانية من الانفجار العظيم الحقيقي ونتج عنها نشأة المجرات والنجوم والحياة على الارض وربما حياة في عوالم اخرى مجهولة.
وذكر غيليز ان عدد حزم الجسيمات سيزاد من اثنتين في المرة كما حدث في التجربة، لما يصل الى 2700 خلال الفترة الاولى التي تستمر بين 18شهرا وعامين من المرحلة الاولى من «الفيزياء الجديدة» في مشروع مصادم الهدرونات الكبير الذي تكلف 9.4 مليارات دولار.

المعترضون
من جهتهم، يقول علماء من خارج التجربة ان سيرن تعرض بقاء الجنس البشري للخطر مع احتمال ان تنجم عن التجربة ايضا ثقوب سوداء صغيرة مماثلة للثقوب السوداء العملاقة الموجودة في قلب معظم المجرات التي تبتلع كل ما يقترب منها.
وينفي العلماء في مشروع مصادم الهدرونات الكبير هذا الاحتمال. وقال دنيس دنيغريس عالم الفيزياء: «الثقوب السوداء التي قد تظهر خلال مصادماتنا ستبقى جزءا من الثانية ثم تتلاشى وهي لا تمثل خطرا على الجنس البشري».

آفاق التجربة
واذا لم تحدث مشاكل كبيرة سيستمر ضخ حزم الجسيمات داخل مصادم الهدرونات الكبير يوميا حتى قرب نهاية عام 2011 وعندئذ سيتوقف المشروع الضخم عاما لاعداد المصادم لمصادمات اقوى.
وبدءا من عام 2013 سيجري احداث مصادمات الجسيمات بقوة اجمالية 14 تريليون الكترون فولت، الامر الذي قد ينتج عنه ما يسميه سيرجيو برتولوتشي مدير الابحاث في «سيرن» بـ«مجهولات مجهولة»، اي جوانب خفية مفاجئة لتكوين الكون.
ويقول الباحثون في «سيرن» إن من المرجح في تلك المرحلة اكتشاف جسيم بوزون هيجز الافتراضي الذي ساعد على التحام المكونات الاولية للمادة في اعقاب الانفجار العظيم واعطاها تماسكها وكتلتها.

ما هي المادة المعتمة؟
وهي تعبير في علم الفيزياء الفلكية اطلق على مادة افتراضية لا يمكن قياسها الا من خلال تأثيرات الجاذبية الخاصة بها والتي بدونها لا تستقيم حسابيا العديد من نماذج تفسير الانفجار العظيم وحركة المجرات. ويرجح انها تشكل حوالي %25 من مادة الكون الكلية، في مقابل %4 من المواد المرئية التي تشكل النجوم والكواكب. اما الـ %73 المتبقية فهي تشكل الطاقة السوداء او قوة توسع الكون.
والمادة المعتمة غير معروفة من حيث التكوين والطبيعة ولايمكن رصدها لانها لا تعكس الضوء او اي موجات كهرومغناطيسية يعتقد انها تتكون من جسيمات لايمكن قياسها بالامكانات العلمية الحالية او انها تقع في ابعاد اخرى غير الابعاد الاربعة المعروفة في الفيزياء الكلاسيكية وهي الطول والعرض والارتفاع والزمن.
وعلى مدى السنوات وتحديدا عام 2013 عندما يصل كم طاقة الجسيمات المتصادمة خلال التجارب داخل المصادم الى 7 و 14 تريليون الكترون فولت سيشهد المصادم مليارات التصادمات التي ستطرح كما هائلا من البيانات عن ملابسات الانفجار العظيم وما تلاه من احداث.
ويخضع الكم الهائل من المعلومات الناجمة عن التصادمات لعمليات معالجة الكترونية ثم التحقق من النتائج المرة تلو الاخرى الامر الذي يعني ان امام سيرن الشهور والسنوات قبل ان يعلن اكتشافات مهمة ومؤكدة.

النجوم الزائفة.. ثقوب سوداء بعد الانفجار الكبير
كانت ثقوبا سوداء ناشطة تتوسط المجرات فيما كان الكون لا يزال حديث العهد، اي في المليار سنة الاولى بعد الانفجار الكبير. ويبدو ان هذه الثقوب التي تسمى ايضا «نجوما زائفة» او «كوازرات» نمت بسرعة كبيرة بحسب دراسة نشرتها مجلة نيتشر.
واوضحت ماريان فسترغارد، عالمة فيزياء فضائية في جامعة اريزونا وفي معهد نييل بور في جامعة كوبنهاغن ان «الكوازرات مرحلة مبكرة جدا من المجرات او مجرات حديثة الولادة».
وقالت العالمة في بيان لجامعة كوبنهاغن ان «معظم المجرات تملك ثقبا اسود اقوى من مليون شمس الا ان الكوازرات مختلفة، فهي ناشطة وتنمو» ممتصة الغاز والغبار المتراكم حولها بفعل الجاذبية.
وتشكل الغازات والغبار بانتظار ان يبتلعها الثقب الاسود «قرصا ملتحما» يمكن رصده بفضل الأشعة التي تتراوح بين الاشعة السينية والاشعة دون الحمراء الصادرة عن تيار مرتفع الحرارة تزداد سرعته كلما اقترب من الثقب الاسود.
ولاحظ لينهوا جياغ وزملاؤه من جامعة اريزونا، كوازرين من دون قرص ملتحم، بعد مراقبة 21 كوازر بعيدا جدا تعود الى حقبة كان عمر الكون فيها لا يتعدى 800 مليون سنة. مما يعني ان ضوءها تطلب نحو 13 مليار سنة ليصل الينا، وفقا لنموذج الانفجار الكبير الحالي.
وقال العلماء ان الكوازرات من دون اقراص ملتحمة تنتمي الى الجيل الاول من الكوازرات التي ولدت فيما كانت كمية الغبار في الكون قليلة، وهي تبدو حديثة جدا لذا لم تكن قد جمعت ما يكفي من الغبار حولها.
وكان الكوازران من دون قرص ملتحم الاصغر (بين 200 و300 مليون مرة وزن الشمس) من بين الكوازرات الـ21 البعيدة التي تمت مراقبتها تبتلع الغازات والغبار بسرعة كبيرة قبل ان تعطيها الوقت الكافي لتتراكم حولها.
واوضحت فسترغارد انه بفضل هذه الكوازرات السريعة النمو «بات من الممكن اكتشاف انظمة مجرات حديثة العهد نبحث عنها منذ مدة طويلة». واعتبرت انه من «الرائع» ان يكون المرء شاهدا على نمو اول الثقوب السوداء.