مصادم الهيدرون الكبير يرصد للمرة الأولى تحللا جزيئيا نادرا

هذا النوع من الاكتشافات هو ماتم بناء مصادم الهادرونات الكبير من أجله

قام الباحثون بمنظمة سيرن CERN  بسويسرا برصد عملية في المتسوى دون الذري لم يتم رؤيتها قبل ذلك قط، وهي على حد تعبيرهم “أصعب في العثور عليها من جسيم هيجس الشهير”، وبإمكانها بناء أو تحطيم كل مانفهمه عن الكون.

بالجمع بين نتائج تجربتين منفصلتين في مصادم الهادرونات الكبير LHC ، تمكن الباحثون من رصد تحلل شديد الندرة لميسون meson يدعى بي الغريب  Bإلى اثنين من جسيم ميون  muon، وهو الحدث الذي تنبأ النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات بحدوثه أربع مرات لكل مليار مرة – وهو ماأثبتته التجربة إلى حد كبير.

في تصريح صحفي، يقول أحد أفراد الفريق، شيلدون ستون Sheldon Stone من جامعة سيراكوس بالولايات المتحدة: “من المدهش أن هذه النبوءة النظرية جاءت بهذه الدقة، والمدهش أكثر أنه يمكن لنا مشاهدة ذلك أصلا” ويضيف ستون: “هذه انتصار عظيم لمصادم الهادرونات الكبير ولكلتي التجربتين”

الاكتشافات، التي نشرت في نشرة الطبيعة Nature، أتت عن طريق تحليل البيانات التي تم جمعها خلال عامي 2011 و2012 بواسطة تجربتي لولب الميونات المضغوط Compact Muon Solenoid (CMS) الخاص بالمصادم، وجمال مصادم هادرون الكبير Large Hadron Collider beauty (LHCb). كلتا التجربتين تدرسان خصائص الجسيمات من أجل فتح ثغرات في النموذج القياسي – وهو مجموعة المعادلات التي نعتمد عليها لشرح سلوك وتفاعلات الجسيمات في الكون.

بالرغم من أن النموذج القياسي قد احتكر فيزياء الجيسمات منذ السبعينيات، فهو لا يزال غير قادر على شرح الجاذبية، المادة المعتمة، وسلوك الجسيمات في بدايات الكون الأولى، لذا فإن العلماء يحاولون دومًا العثور على طرق لاختبار حدود هذه المعادلات والتوسع من بعدها.

وللقيام بذلك، يقوم العلماء بملاحظة تحلل الجسيمات دون الذرية ومقارنة النتائج بتنبؤات النموذج القياسي – أي انحراف بين المشاهدات والتنبؤات النظرية سيكون دليلا على وجود تأثير فيزياء جديدة، مثل وجود جسيمات جديدة أو قوى جديدة قد تساعدنا في فهم بعض الألغاز الهامة في الكون. لكنه وحتى هذه اللحظة، لا تزال تنبؤات النموذج القياسي صامدة، حيث كان اكتشاف بوزون هيجز أشهر دليل على ذلك.

يقول جويل باتلر، وهو فيزيائي من معمل فيرمي Fermilab الأمريكي، والمشارك في تجربة CMS: “نظريات عديدة من التي تقترح تمديد النموذج القياسي تنبأت أيضًا بزيادة معدل تحلل Bs” ويتابع باتلر: “هذه النتيجة الجديدة تسمح لنا باستبعاد أو بتحجيم معطيات معظم هذه النظريات إلى حد كبير. أية نظرية مقبولة يجب أن تتنبأ بتغير صغير بما يكفي ليتم تفسيره بالقدر المتبقي من عدم التأكد uncertainty”

بالرغم من ذلك، بينما كانت نتيجة ميسون Bs “شبه متوافقة” مع تنبؤات النموذج القياسي، فقد حادت عنها بما يكفي لترجيح أنه ربما يوجد شيء مثير يحدث، شيء ربما يمكن تكبيره باستخدام بيانات أكثر.

يقول باتلر: “ليس الأمر بعيدًا جدًا عن تنبؤات النموذج القياسي، لكنه صغير بما يكفي لجعلنا نستمر في التساؤل” ويتابع: “استغرقنا في جمع المزيد من البيانات هذا الربيع، ونتمنى أنه في نهاية الأمر يمكننا تحديد القيمة. عندما يكون لدينا ضعفي أو أربعة أضعاف البيانات خلال التشغيلة القادمة للLHC ، فسوف تبدأ الأمور في أن تصبح مثيرة جدًا”

الأكثر إثارة هو حقيقة أن الباحثين قد رصدوا أيضًا دليلا على تحلل ميسون B آخر أشد ندرة، يعرف باسم ميسون B غير الغريب non-strange B meson، إلى جسيمي ميون – وهو الأمر الذي تم التنبؤ بحدوثه مرة لكل عشرة مليارات تحلل. مرة جديدة، البيانات الأولية شبه متفقة مع تنبؤات النموذج القياسي، لكن بمستوى ثقة  confidence levelأقل.

ميسونات B مذهلة بالنسبة للعلماء، لأنها تساعد في تفسير لماذا تتواجد المادة في الكون من الأصل. فنظريًا، الانفجار العظيم أنتج كميات متساوية من أضداد-المادة antimatter والمادة، واللذين كان يجب أن يمحوان بعضهما البعض عند التلامس.

يقول ستون: “تتأرجح ميسونات B بين مادتهم وبين مثيلاتهم في المادة المضادة، وهي العملية التي اكتشفت في معمل فيرمي Fermilab في 2006″ ويتابع: “دراسة خصائص ميسون B سوف تساعدنا في فهم اختلال التوازن بين المادة وضد المادة في الكون”

مع إعادة تشغيل مصادم الهادرونات هذا العام، فإنه من المثير أن نرى ما سيحدث في المرة القادمة.