ما هي الأكسيونات؟

الأكسيون جسيم أولي افتراضي، في حال كانت الأكسيونات موجودة بالفعل فسوف تحل استثناءً إشكاليًا لقاعدة تتضمن ما يعرف باسم تَناظرCP.

إضافةً إلى ذلك، يمكن لوجودها أيضا أن يحل لغزًا محيرًا آخر في العلم وهو الكتلة المضافة غير المرئية التي تساعد المجرات على التشبث ببعضها بعضًا المعروفة باسم المادة المظلمة.

في حين كانت هناك بعض العلامات المثيرة للحيرة على وجودها، فإن الفيزياء لم تؤكد بعد ما إذا كانت هي الحل الذي نبحث عنه، أو أنها مجرد فقاعة من التفكير والتمني.

تناظر CP:

يرمز الرمز C في هذه الحالة إلى الشحنة، مثل سلبية الإلكترونات وإيجابية البروتونات، بينما الرمز P يعني التكافؤ، وهو مصطلح يصف الإحداثيات المكانية للجسيم، مثل إمكانية أنه ينحني إلى اليسار أو إلى اليمين.

يشير التناظر إلى التغييرات التي لا تُحدث فرقًا كبيرًا في ميزة معينة تمامًا مثل تدوير مربع 90 درجة لا يغير حقيقة أنه مربع.

عادةً، يؤدي قلب شحنة جسيم من موجب إلى سالب أو العكس، إلى تغيير كيفية استجابته لشحنة جسيم آخر. ومع ذلك، إذا قلبنا جميع الشحنات المتضمنة في عملية ما، وحوّلناها جميعًا إلى جسيماتها المضادة، فلن يتغير شيء. وستظل القوانين نفسها ساريةً، إذ يمكننا القول أن الكون مقلوب الشحنة يكون أيضًا متناظرًا.

وبالمثل، فإن قلب الإحداثيات المكانية بحيث يبدو كوننا وكأنه في مرآة أي أن اليسار يمين واليمين يسار، سيعمل أيضًا على نفس قوانين الفيزياء؛ هذه النسخة المقلوبة بالتكافؤ من الكون ستكون متناظرةً أيضًا.

الوقت أيضًا لديه تناظر حوله بالنسبة لمعظم القوانين. فعند إعادة بدء تشغيل عملية ما، فإنها يجب أن تعيدك ببساطة إلى حيث بدأت، مع عدم اختلاف أي شيء.

إذا نظرنا إلى أي قانون معين في الفيزياء، فقد نقول إن له تناظر CP إذا كان هذا القانون يعمل بالطريقة نفسها بعد قلب كل من الشحنة والإحداثيات المكانية معًا. إذن يبدو أن معظم القوانين تتبع هذا الاتجاه جيدًا، إلى أن تصل إلى نقطة لا تسير فيها هذه القوانين في ذلك الاتجاه مجددًا.

في عام 1964، رأى فريق يضم عالم فيزياء الجسيمات الأمريكي جيمس كرونين وعالم الفيزياء النووية فال فيتش شيئًا ما في أثناء اضمحلال نوعين مختلفين من أزواج الكواركات المضادة للكواركات التي تسمى kaons (كايونات)، التي لن تُرى إلا في حال لم يكن تناظر CP صحيحًا بالنسبة للتفاعلات الضعيفة.

توجد ملاحظة واحدة مزعجة، لكن ما يزال من الممكن رفضها باعتبارها نزوةً تجريبيةً. ففي العقود الأخيرة ظهرت أدلة مباشرة أكثر على هذا الانتهاك في الجسيمات المكونة من الكواركات، وربما بين الجسيمات الأخرى، ما أدى إلى بناء دليل موثوق في وجود كسر غير زائف، على الأقل في نسبة ضئيلة من التفاعلات.

ما مشكلة تناظر CP في التفاعلات القوية؟

الأمر المحبط هو أننا لا نرى انتهاكًا يحدث في تناظر CP عندما تكون الكواركات مرتبطةً ارتباطًا قويًا في المجموعات التي تربطها ببعضها لأنها داخل جسيمات مثل البروتونات والنيوترونات.

سمّاها الفيزيائيون مشكلة تناظر CP في التفاعلات القوية. إذ يحدث أن تكون تلك المشكلة فجوةً مزعجةً في ملاحظاتنا حول التوقيت المتوقع لِحدوث انتهاك في مزيج من تناظر الشحنة والتكافؤ أو عندما لا يكون هناك انتهاك في الأصل.

النموذج القياسي عبارة عن مجموعة من الصيغ والقياسات الرياضية التي تصف الجسيمات الأولية وتفاعلاتها، أي أنه مشابه للطريقة التي يصف بها جدول العناصر الدوري الذرات، ويصنفها بناءً على خصائصها.

يصنف النموذج القياسي الجسيمات الأولية، وهي الفرميونات والبوزونات، ويقترح أنه إذا رأينا الانتهاك في أحد الجسيمات، فيجب أن نراه أيضا في الآخر، لذلك يوجد شيء ليس صحيحًا تمامًا. ربما يوجد خطأ ما في النموذج القياسي، أو ربما نحتاج إلى بعض التغيير والتبديل بصورة أكثر ذكاءً لجعله مناسبًا.

في عام 1977، توصل الفيزيائيان روبرتو بيتشي وهيلين كوين إلى حل يمكن أن يفسر الفرق ببساطة، بتقديم نوع جديد من المجالات.

لكن المشكلة الوحيدة هي أن الحقل الجديد يعني جسيمات جديدة من دون شحنة وبكتلة صغيرة جدًا، أطلق عليه العلماء عليها اسم الأكسيونات.

أين توجد كل هذه الأكسيونات؟

على الرغم من عقود من البحث عن الجسيمات ذات خصائص الأكسيون، لم يُعثر على أي شيء ملموس. ومع ذلك، لم يتخلَّ الفيزيائيون عن البحث.

تتمثل إحدى هذه الطرق في البحث عن الجسيمات التي تتحول إلى فوتونات في أثناء مرورها عبر مجال مغناطيسي. وفي حين أن بعض التجارب لم تجد أي أثر لهذه الظاهرة، فإن بعضها الآخر ما يزال يلمح إلى إمكانية حدوثها.

في عام 2020، قدمت تجربة تسمى XENON 1T نتائج مغريةً في تفسيرها على أنها أكسيونات، نظرًا لأنها ملائمة بشكل مناسب. إذ قد يُفسر توهج الأكسيونات في المجالات المغناطيسية أيضًا نوعًا من التوهج غير المتوقع في الظلام البعيد، ذلك الذي لاحظه مسبار نيو هورايزونز عام 2022.

علم الفيزياء عبارة عن مجال محافظ، لكن على الرغم من ذلك سنحتاج إلى المزيد من البيانات قبل أن يتمكن أي شخص من الاحتفال بها بوصفها اكتشافًا للأكسيونات.

ماذا سيحدث إذا وجدنا الأكسيونات؟

بادئ ذي بدء، ستكون مشكلة تناظر CP في التفاعلات القوية مشكلةً طفيفةً.

كان من المفترض أيضًا أن تكون الأكسيونات قد ظهرت إلى الوجود بكثرة في بدايات نشأة الكون، ثم انبثقت بضغط خارج المجال الذي يُعتقد بأن لديه تضخمًا فضائيًا سريعًا إلى أبعاد هائلة.

تتنبأ النظرية أيضًا بأن هذه الأكسيونات ستسحب عكس هذا المجال، ما يؤدي إلى إِبطائها حتى لا تبتعد عن بعضها بعضًا بهذه السرعة. فإذا ظهرت، فلا ينبغي أن تتفاعل مع الجسيمات الأخرى بأية طريقة ملحوظة، ما يجعل من الصعب اكتشافها.

وعلى الرغم من كتلتها الصغيرة، فإن أعدادها الهائلة وحركتها البطيئة نسبيًا ستجعلها تتجمع معًا في أجسام شاسعة من شأنها أن تتصرف بشكل غريب، مثل المادة المظلمة.

إن وجود الأكسيونات من شأنه أن يملأ بعض الفجوات العميقة في فهمنا للكون، تمامًا مثلما ملأ بوزون هيغز فجوةً مزعجةً في معرفتنا بالكتلة.

الإعلان عن الدليل الأول على وجود الأكسيونات

ترجمة: خالد عامر

تدقيق: منال توفيق الضللي

المصدر