تويت
صمد النموذج المعياري لفيزياء الجسيمات, الذي يفسر معظم السلوكيات المعروفة والتفاعلات الحاصلة في الجسيمات دون الذرية, بشكل ملحوظ على مدى عقود من الزمن. لكن هذه النظرية المتنفذة تمتلك العديد من العيوب, ابرزها انها لا تفسر الجاذبية. لذا يكافح العلماء في البحث عن الظروف والسلوكيات التي تنتهك النموذج المعياري The Standard Model على امل الكشف عن نموذج غير معياري جديد للجسيمات والقوى, وبالفعل قد عثر فريق من العلماء في مصادم الهيدرونات الكبير التابع لمركز الابحاث الاوربي سيرن على اشارات جديدة من جسيمات (بشكل دقيق ليبتونات leptons) تتصرف بطريقة غريبة غير خاضعة لتنبؤات النموذج المعياري. هذا الاكتشاف المقرر نشره في مجلة Physical Review Letters يمكن ان يكون الطريق الى البحث عن الظواهر غير المعيارية.
قام الفريق الذي يضم فيزيائيين من جامعة ماريلاند University of Maryland, الذين قدموا مساهمات رئيسية في الدراسة, بتحليل البيانات التي تم جمعها من كواشف مصادم الهيدرونات ب LHCb خلال الجولة الاولى من العمل على المصادم في 2011-2012, ولاحظ الباحثون بان عملية تحلل الجسيم ميزون ب B meson الى جسيمات اخف تضم نوعين من الليبتونات: جسيم تاو tau و جسيم ماون muon, كما نعلم جميعا ان الالكترون وجسيم تاو وجسيم ماون غير مستقرة للغاية وتتحلل بسرعة في غضون جزء من الثانية, خلافا لمثيلاتها من الليبتونات المستقرة.
وفقا لمفهوم “عموم الليبتونات” lepton universality في النموذج المعياري, الذي يفترض ان الليبتونات تُعامل بالتساوي بواسطة كل القوى الاساسية, فان التحلل الى جسيم تاو وجسيم ماون يجب ان يحدث في نفس المعدل حالما يتم تصحيح الكتلة بينهم. مع ذلك وجد الفريق اختلاف بسيط لكنه ملحوظ في معدلات التحلل المتوقعة, مما يشير الى وجود قوى او جسيمات غير مكتشفة بعد بامكانها ان تتدخل في العملية.
يقول الباحث المشارك في الدراسة وقائد فريق جامعة ماريلاند الدكتور حسن جواهري Hassan Jawahery: “النموذج المعياري يقول ان العالم يتفاعل مع جميع الليبتونات في نفس الطريقة ,توجد ديمقراطية هناك, لكن ليس هناك ما يضمن ان ذلك سيبقى صحيحا فيما لو اكتشفنا جسيمات جديدة او قوى جديدة. عموم الليبتونات مفهوم مقدس حقا لدى النموذج المعياري, اذا تم تفنيد هذا المفهوم يمكننا القول باننا وجدنا دليلا على النموذج الغير معياري.”
تضيف نتيجة مصادم الهيدرونات ب الى الاكتشاف السابق لتحلل الليبتونات, من خلال تجربة بابار* BaBar experiment في مسرع ستانفورد الخطي Stanford Linear Accelerator Center الذي اقترح نفس الانحراف عن تنبؤات النموذج المعياري, وقد شارك فريق جامعة ماريلاند في تجربة بابار منذ انشائها عام 1990. بما ان كلا التجربتين تتضمن تحلل بيزون ب, فان اصطدام الالكترونات قاد تجربة بابار في حين ان اصطدام البروتونات بطاقة عالية قاد تجربة مصادم الهايدرونات الكبير.
اجريت التجربتين في بيئات مختلفة تماما لكنها تعكس نفس النموذج الفيزيائي وهذا التكرار بمثابة تدقيق هام ومستقل للنتائج, واوضح الباحث المشارك في الدراسة براين هاملتون Brian Hamilton: “الوزن المضاف في التجربتين هو المفتاح هنا.” وهذا يشير الى انه ليس مجرد تأثير جهاز انها الفيزياء الحقيقية. ويقول الباحث غريغوري سيزارك Gregory Ciezarek من المعهد الوطني الهولندي للفيزياء دون الذرية: “بما ان نتائج التجربتين مجتمعة جدا مبشرة, الا ان الظواهر لن تعتبر انتهاك حقيقي للنموذج المعياري بدون المزيد من التجارب لتأكيد ملاحظاتنا.”
يقول جواهري: ” نحن نخطط لمجموعة من القياسات الاخرى, تقوم تجارب مصادم الهيدرونات الكبير ب بجمع المزيد من البيانات خلال الجولة الثانية, نحن نعمل على تطوير كواشف مصادم الهيدرونات ب في غضون السنوات المقبلة. اذا تم اثبات هذه الظواهر ستكون امامنا عقود من الزمن للعمل, بالامكان قيادة الفيزياء النظرية الى طرق جديدة للبحث في الفيزياء القياسية والغير قياسية.”
مع اكتشاف بوزون هيغز وهو اخر قطعة مفقودة في النموذج المعياري خلال الجولة الاولى من العمل على مصادم الهيدرونات, يبحث الفيزيائيون الان عن الظواهر التي لا تتوافق مع تنبؤات النموذج المعياري. جواهري وزملائه متحمسون للمستقبل, بينما يتحرك الميدان الى مناطق مجهولة. “اي معرفة من هنا تساعدنا لتعلم المزيد عن كيفية تطور الكون الى ما هو عليه, على سبيل المثال نحن نعلم عن وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة لكننا لا نعرف حتى الان ما هي وكيفية شرحها, قد تكون نتائجنا جزء من اللغز, لو تمكنا من اثبات ذلك سيكون هنالك جسيمات مجهولة وتكون هنالك تفاعلات وراء النموذج المعياري يمكن ان تساعد في اكمال الصورة.” كما قال جواهري.
*تجربة بابار: هي تجربة فيزياء الجسيمات تهدف الى دراسة بعض الاسئلة الاساسية عن الكون من خلال استكشاف المكونات الاساسية (الجسيمات الاولية).
قام الفريق الذي يضم فيزيائيين من جامعة ماريلاند University of Maryland, الذين قدموا مساهمات رئيسية في الدراسة, بتحليل البيانات التي تم جمعها من كواشف مصادم الهيدرونات ب LHCb خلال الجولة الاولى من العمل على المصادم في 2011-2012, ولاحظ الباحثون بان عملية تحلل الجسيم ميزون ب B meson الى جسيمات اخف تضم نوعين من الليبتونات: جسيم تاو tau و جسيم ماون muon, كما نعلم جميعا ان الالكترون وجسيم تاو وجسيم ماون غير مستقرة للغاية وتتحلل بسرعة في غضون جزء من الثانية, خلافا لمثيلاتها من الليبتونات المستقرة.
وفقا لمفهوم “عموم الليبتونات” lepton universality في النموذج المعياري, الذي يفترض ان الليبتونات تُعامل بالتساوي بواسطة كل القوى الاساسية, فان التحلل الى جسيم تاو وجسيم ماون يجب ان يحدث في نفس المعدل حالما يتم تصحيح الكتلة بينهم. مع ذلك وجد الفريق اختلاف بسيط لكنه ملحوظ في معدلات التحلل المتوقعة, مما يشير الى وجود قوى او جسيمات غير مكتشفة بعد بامكانها ان تتدخل في العملية.
يقول الباحث المشارك في الدراسة وقائد فريق جامعة ماريلاند الدكتور حسن جواهري Hassan Jawahery: “النموذج المعياري يقول ان العالم يتفاعل مع جميع الليبتونات في نفس الطريقة ,توجد ديمقراطية هناك, لكن ليس هناك ما يضمن ان ذلك سيبقى صحيحا فيما لو اكتشفنا جسيمات جديدة او قوى جديدة. عموم الليبتونات مفهوم مقدس حقا لدى النموذج المعياري, اذا تم تفنيد هذا المفهوم يمكننا القول باننا وجدنا دليلا على النموذج الغير معياري.”
تضيف نتيجة مصادم الهيدرونات ب الى الاكتشاف السابق لتحلل الليبتونات, من خلال تجربة بابار* BaBar experiment في مسرع ستانفورد الخطي Stanford Linear Accelerator Center الذي اقترح نفس الانحراف عن تنبؤات النموذج المعياري, وقد شارك فريق جامعة ماريلاند في تجربة بابار منذ انشائها عام 1990. بما ان كلا التجربتين تتضمن تحلل بيزون ب, فان اصطدام الالكترونات قاد تجربة بابار في حين ان اصطدام البروتونات بطاقة عالية قاد تجربة مصادم الهايدرونات الكبير.
اجريت التجربتين في بيئات مختلفة تماما لكنها تعكس نفس النموذج الفيزيائي وهذا التكرار بمثابة تدقيق هام ومستقل للنتائج, واوضح الباحث المشارك في الدراسة براين هاملتون Brian Hamilton: “الوزن المضاف في التجربتين هو المفتاح هنا.” وهذا يشير الى انه ليس مجرد تأثير جهاز انها الفيزياء الحقيقية. ويقول الباحث غريغوري سيزارك Gregory Ciezarek من المعهد الوطني الهولندي للفيزياء دون الذرية: “بما ان نتائج التجربتين مجتمعة جدا مبشرة, الا ان الظواهر لن تعتبر انتهاك حقيقي للنموذج المعياري بدون المزيد من التجارب لتأكيد ملاحظاتنا.”
يقول جواهري: ” نحن نخطط لمجموعة من القياسات الاخرى, تقوم تجارب مصادم الهيدرونات الكبير ب بجمع المزيد من البيانات خلال الجولة الثانية, نحن نعمل على تطوير كواشف مصادم الهيدرونات ب في غضون السنوات المقبلة. اذا تم اثبات هذه الظواهر ستكون امامنا عقود من الزمن للعمل, بالامكان قيادة الفيزياء النظرية الى طرق جديدة للبحث في الفيزياء القياسية والغير قياسية.”
مع اكتشاف بوزون هيغز وهو اخر قطعة مفقودة في النموذج المعياري خلال الجولة الاولى من العمل على مصادم الهيدرونات, يبحث الفيزيائيون الان عن الظواهر التي لا تتوافق مع تنبؤات النموذج المعياري. جواهري وزملائه متحمسون للمستقبل, بينما يتحرك الميدان الى مناطق مجهولة. “اي معرفة من هنا تساعدنا لتعلم المزيد عن كيفية تطور الكون الى ما هو عليه, على سبيل المثال نحن نعلم عن وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة لكننا لا نعرف حتى الان ما هي وكيفية شرحها, قد تكون نتائجنا جزء من اللغز, لو تمكنا من اثبات ذلك سيكون هنالك جسيمات مجهولة وتكون هنالك تفاعلات وراء النموذج المعياري يمكن ان تساعد في اكمال الصورة.” كما قال جواهري.
*تجربة بابار: هي تجربة فيزياء الجسيمات تهدف الى دراسة بعض الاسئلة الاساسية عن الكون من خلال استكشاف المكونات الاساسية (الجسيمات الاولية).