إحدى أكبر الأفكار في الفيزياء هي إمكانية ربط كل القوى والجسيمات والتفاعلات المعروفة في إطار واحد. يمكن القول أن نظرية الأوتار هي أفضل اقتراح معروف لـ«نظرية كل شيء» يستطيع الربط بين معارفنا عن الكون الفيزيائي.
على الرغم من وجود العديد من النماذج المختلفة لنظرية الأوتار المنتشرة في جميع أنحاء المجتمع الفيزيائي لعقود، كان هناك عدد قليل جدًا من الاختبارات والتجارب عليها.
مع ذلك، استخدم الفلكيون مرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا وهذه خطوة كبيرة إلى الأمام في هذا المجال.
عن طريق البحث في عناقيد المجرات المترابطة بالجاذبية، كانوا قادرين على البحث عن جسيم محدد تتنبأ به العديد من نماذج نظرية الأوتار.
فإذا لم يكتشف العلماء ذلك، فهذا أبدًا لا يستبعد نظرية الأوتار، لكنه يوجه ضربة لنماذج معينة للنظرية.
قال قائد الفريق كريستوفر رينولدز، من جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة: «حتى وقت قريب لم يكن لدي أي فكرة عن مقدار ما يأتي به علماء فلك الأشعة السينية إلى طاولة النقاش عندما يتعلق الأمر بنظرية الأوتار، لكن قد نلعب دورًا رئيسيًا فيها».
إذا اكتشفت هذه الجسيمات في النهاية، فستغير الفيزياء للأبد.
الجسيم الذي يبحث عنه رينولدز وزملاؤه يسمّى «الأكسيون».
يجب أن تمتلك هذه الجسيمات غير المكتشفة كتلًا منخفضة بشكل غير عادي.
لا يعرف العلماء نطاق الكتلة الدقيق، لكن هناك العديد من النظريات تشير إلى أن كتلة الأكسيونات تتراوح بين جزء من مليون من كتلة الإلكترون إلى صفر كتلة.
يرى بعض العلماء أن الأكسيون قد يفسر غموض المادة المظلمة، التي تمثل الغالبية العظمى من المادة في الكون.
إحدى الخصائص غير العادية لهذه الجسيمات ذات الكتلة المنخفضة للغاية هي أنها قد تتحول أحيانًا إلى فوتونات (أي حزم من الضوء) أثناء مرورها عبر المجالات المغناطيسية.
قد يكون العكس صحيحًا أيضًا: حيث يمكن تحويل الفوتونات إلى أكسيونات تحت ظروف معينة.
يعتمد عدد مرات حدوث هذا التحول، إلى مدى سهولة حدوثه، وبعبارة أخرى، على قابلية التحول.
يقترح بعض العلماء وجود أنواع أخرى من الجسيمات منخفضة الكتلة مع خصائص مشابهة للأكسيونات.
سيكون للأكسيونات قيمة تحول واحدة عند أي كتلة، ولكن الجسيمات الشبيهة بها سيكون لها نطاق تحول عند نفس الكتلة.
يقول ديفيد مارش، الكاتب في جامعة ستوكهولم في السويد: «في حين يبدو البحث عن الجسيمات الصغيرة جدًا مثل الأكسيونات في الهياكل العملاقة مثل عناقيد المجرات، بعيد المنال، إلا أنها في الواقع أماكن رائعة للبحث فيها».
تمتلك العناقيد المجرية حقول مغناطيسية تمتد على مسافات هائلة، وغالبًا ما تحتوي أيضًا على مصادر أشعة سينية ساطعة.
تعمل هذه الخصائص معًا على تعزيز فرص إمكانية رصد تحول الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات.
للبحث عن علامات تحول الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات ، فحص فريق الفلكيين أكثر من 5 أيام من ملاحظات تشاندرا للأشعة السينية للمواد التي تنزلق باتجاه الثقب الأسود فائق الكتلة في مركز عنقود بيرشيوس المجري.
درسوا طيف تشاندرا، أو كمية انبعاث الأشعة السينية مختلفة الطاقة، التي لوحظت من هذا المصدر.
أعطت المراقبة الطويلة ومصدر الأشعة السينية الساطع طيفًا ذا حساسية كافية لإظهار التشوهات التي توقعها العلماء في حالة وجود جسيمات شبيهة بالأكسيونات.
إن عدم الكشف عن مثل هذه التشوهات، تجعل الباحثين يستبعدون وجود معظم أنواع الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات في نطاق الكتلة التي كانت ملاحظاتهم حساسة لها، أقل بحوالي مليون جزء من مليار من كتلة الإلكترون.
وقالت الكاتبة هيلين راسل من جامعة نوتنغهام في المملكة المتحدة: «بحثنا لا يستبعد وجود هذه الجسيمات، لكنه بالتأكيد لا يثبت ادعاءاتهم».
هذه القيود تبحث في نطاق الخصائص التي تقترحها نظرية الأوتار، وقد تساعد منظري الأوتار على التخلص من نظرياتهم.
لقد كانت النتيجة الأخيرة أكثر حساسية بثلاث إلى أربع مرات من أفضل بحث سابق عن الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات، والتي جاءت من ملاحظات تشاندرا للثقب الأسود فائق الكتلة في مجرة مسييه 87.
تعتبر دراسة بيرشيوس أيضًا أقوى بمئة مرة من القياسات الحالية التي يمكن عملها في المختبرات هنا على الأرض لنطاق الكتل المقررة.
من الواضح أن أحد التفسيرات المحتملة لهذا العمل هو أنه لا وجود لجسيمات شبيهة بالأكسيونات.
تفسير آخر هو أن الجسيمات لها قيم تحول أقل من حد الكشف في هذه الملاحظة، وأقل مما توقعه علماء الجسيمات.
يمكن أيضًا أن تكون لها كتل أعلى من تلك المكتشفة في بيانات مرصد تشاندرا.
اقرأ أيضًا:
فكرة الكون الهولوغرامي تنجح بالاختبار هل نحن امام نظرية كل شيء ؟
هل تكون فيزياء الجسيمات المدخل لنظرية كل شيء؟
ترجمة: محمد رشود
تدقيق: إبراهيم قسومه
مراجعة: صهيب الأغبري
