باستخدام واحد من أقوى الحواسيب في العالم ليقوم بعمليات المحاكاة المعقدة، توقع العلماء وجود نوع جديد من جسيمات ثنائي الباريون (dibaryon)، وهي جسيمات تحتوي على زوج من الباريونات بدلاً من واحد، وهي تحتوي علي نفس النوع من الكواركات (quarks وهي وحدات بناء المادة الأساسية الأصغر والتي لا يمكن تقسيمها لما هو أصغر منها).

أطلق الفريق البحثي الياباني( HAL QCD Collaboration) اسم جسيم (di-Omega) على هذا الجسيم الذي تنبؤوا بوجوده.

الباريونات(Baryons):

هي جسيمات تحتوي على ثلاثة كواركات، مثل الجسيمات دون الذرية التي تعتبر واحدة من أهم المكونات الأساسية للمادة في الكون مثل البروتونات والنيوترونات.

شحنة الباريون تعتمد على نوع الكواركات المكونة له والكوارك يمكن أن يكون نوعًا من ستة أنواع وهم: up/down سُفلي/عُلوي، charm/strange غريب/فاتن، و top/bottom قعري/قمّي.

في الطبيعة، هناك جسيم واحد فقط معروف مكون من زوج من الباريونات أو قد يطلق عليه ( Hexaquark).

الديوترون(deuteron):

وهو عبارة عن بروتون ونيوترون مرتبطين ببعضهم لتكوين نواة الديوتيريوم (deuterium) أو الهيدروجين الثقيل.

بالرغم من إيمان العلماء بإمكانية وجود جسيمات ثنائي الباريون الأخرى، ولكن حتى الآن لم تُكتشف بشكلٍ قاطع.

ولكن عن طريق القيام بعمليات المحاكاة المبنية على الكروم وديناميكا الكمومية (quantum chromodynamics) وهي نظرية تدرس التفاعلات بين الكواركات، تمكن الفريق البحثي (HAL-QCD Collaboration) من نمذجة جسيمات ثنائي الباريون التي من المحتمل أن تكون مستقرةً.

ولكن الأمر ليس سهلًا، فالمزيد من الكواركات في الجسيم تعني المزيد من التفاعلات المعقدة التي تحتاج قدرةً حاسوبيةً أعلى في معالجة البيانات؛ ولهذا قام الفريق البحثي باستخدام حاسوب كيه
(K computer) في معهد ريكن المتقدم للحوسبة العلمية (RIKEN’s Advanced Institute for Computational Science) والذي يستطيع تنفيذ 10 كوادريليون (10 مرفوعة للأس 16) عملية في الثانية الواحدة.

و بالرغم من ذلك استغرقت تلك الدراسة ثلاث سنوات للوصول لنتائج عن تلك الجسيمات.

جسيمات (Di-Omega) تتكون من جسيمين من باريونات أوميجا (Omega baryons)، كل واحد منهما يحتوي على ثلاثة كواركات من نوع غريب (Strange)، يقول الباحثون أنها “أكثر غرابةً” من كل جسيمات ثنائي الباريون المحتملة.

البحث مبني على ورقة بحثية سابقة لنفس الفريق البحثي نُشرت عام 2011، أعلنوا فيها عن اكتشاف نظري لجسيمات ثنائي الباريون تتكون من اثنين من الكواركات من النوع العُلوي، اثنين من النوع السُفلي، و اثنين من النوع الغريب، ولكن بعد ذلك عدّلوا الخوارزمية الخاصة بهم واستخدموا طرقًا نظريةً جديدةً للحصول على نتائج أكثر دقةً للحسابات.

و بالطبع استخداموا حاسوب كيه (K computer) الذي أصبح متاحًا لاستخدام الباحثين في 2012؛ لقد أحدث فارقًا ملحوظًا.

وفي خطة تطوير البحث يؤمن الباحثون بأن اكتشافهم النظري يُمكن نقله لمرحلة الإعداد للتجارب العملية؛ للبحث عن دليلٍ يثبت وجود مثل تلك الجسيمات في العالم الحقيقي.

قال عالم الفيزياء الكمية تيتسو هاتسودا (Tetsuo Hatsuda) من معهد ريكن (RIKEN) :«نحن نؤمن بأن هذه الجسيمات الخاصة يمكن إيجادها تجريبيًا عن طريق تصادمات الأيونات الثقيلة والتي يتم التحضير لها في اليابان وأوروبا، ونحن نتطلع للعمل معهم لاكتشاف أول جسيم ثنائي الباريون غير الديوترون تجريبًا».

  • ترجمة: عبدالله أبو عرب
  • تدقيق: أحلام مرشد
  • تحرير: ندى ياغي
  • المصدر