قياسات جديدة في CERN تدعم تنبؤات النظريات الأساسية في فيزياء الجسيمات

في مقالة نشرت في مجلة Physical Review Letters ، قدمت تجربة COMPASS الموجودة في CERN قياساً جوهرياً في مجال التفاعلات النووية القوية.

توجد في الطبيعة أربع قوى أساسية: الجاذبية- الكهرومغناطيسية- النووية الضعيفة- النووية القوية. تربط القوى النووية القوية أو اختصاراً التفاعلات القوية الكواركات ببعضها ضمن البروتونات والنترونات ، وتربط البروتونات والنترونات ببضعها ضمن نوى كل العناصر التي تبنى منها المادة. فكل مانراه في الكون مكون من جسيمات أولية تدعى بالكواركات والليبتونات ، ترتبط الكواركات مع بعضها البعض في ثلاثيات مكونة اللبنات الرئيسية لنوى العناصر – البروتونات والنترونات.

نواة الهيدروجين ، على سبيل المثال تتألف من بروتون وحيد ، في حين أن نواة ذرة الذهب تتكون من 79 بروتونا و 118 نترونا . ما بين البروتونات والنترونات في النواة تنتقل وتتحرك البيونات ، وهي وسيط القوى النووية القوية التي تربط النواة بعضها ببعض .هذه البيونات تتكون من كوارك وكوارك مضاد مرتبطين ببعضهما أيضا عبر القوى النووية القوية ،. مما يجعل من قابلية تغيير شكلها ، أو ما يسمى قابلية الاستقطاب ، قياساً مباشراً لقوى الترابط القوية بين الكواركات.

نظرية التفاعلات القوية هي أحد دعائم النموذج المعياري في فيزياء الجسيمات. تقدم هذه النظرية تنبؤاً دقيقاً لقابلية استقطاب البيونات. وقد حيرت قابلية الاستقطاب هذه العلماء منذ ثمانينات القرن العشرين عندما ظهرت القياسات الأولى مخالفة للنظرية ، بينما كانت النتيجة هذه المرة متوافقة مع النظرية.

وعن أهمية هذه النتائج التجريبية يشرح كل من Fabienne Kunne و Andrea Bressan المتحدثان الرسميان في تجربة COMPASS " نظرية التفاعلات القوية هي أحد الركائز الاساسية في فهمنا للطبيعة على مستوى الجسيمات الأولية ، لذلك فإن هذه النتيجة والمتفقة تماما مع النظرية ، نتيجة مهمة جداً ". ويقول Jan Friedrich الباحث في جامعة ميونخ التقنية والباحث الرئيسي في هذا المشروع " على الرغم من مستويات الطاقة العالية المتاحة في مخابر CERN الا ان هذه التجربة تعتبر تحديا كبيراً ، فقابلية استقطاب البيونات صغيرة جداً ومن الصعب عزل تأثيرها ".

لقياس قابلية استقطاب البيونات ، يتم في تجربة COMPASS اطلاق حزمة من البيونات على هدف من النيكل . عندما تقترب البيونات من النيكل بمتوسط مسافة تساوي ضعفي قطر الجسيمات نفسها فإنها تتأثر بالحقل الكهربائي القوي لنواة النيكل ، ممايؤدي الى تشوهها وتغيير مسارها في عملية يصدر عنها فوتون . عن طريق قياس طاقة الفوتون و انحراف البيون من أجل عينة كبيرة من 63000 بيون يمكن قياس قابلية الاستقطاب . كشفت النتائج أن البيون أكثر "صلابة" بكثير إن صح التعبير مما أظهرته القياسات السابقة ، وهو ما تتنبأ به نظرية التفاعلات القوية.

عن هذه النتيجة يقول Rolf Heuer المدير العام الحالي لـ CERN " هذه النتيجة تكمل بشكل رائع دراسات التفاعلات الاساسية التي أجريت في LHC وهي دليل على تنوع وقوة برامج أبحاث CERN ، في حين أن بوزون هيغز ، والمقترح من قبل العلماء Brout ، Englert ، Higgs يفسّر وجود الكتلة للجسيمات الأولية ، مما يسمح للمنظومات المركبة مثلنا نحن بالوجود ، تنتج معظم كتلنا عن طاقة ارتباط التفاعلات القوية التي تربط بينها.

المصدر:

هنا