إذا قمت بتكبير جسيم ممتد بالعدسة، سيبدو أكبر. لن يتغير حجم الجسيم الشبيه بالنقطة، ولكن كلما نظرت إليه بشكل أقرب، أصبح الحقل المحيط به أقوى. مجال فيزياء الجسيمات مليء بما يمكن أن يكون مفارقات مربكة: فيرميون – fermion مقابل بوزون – boson، هادرون – hadron مقابل لبتون – lepton. يمكنك حتى إضافة ازدواجية أخرى إلى القائمة: جسيمات ممتدة مقابل جسيمات شبيهة بالنقطة (الجسيم النقطي).
الكواركات – quarks واللبتونات والبوزونات من النموذج المعياري هي جسيمات شبيهة بالنقطة. كل الجسيمات دون الذرية الباقية التي سمعت عنها هي عبارة عن جسيمات ممتدة.
وأكثرها شيوعًا هي البروتونات والنيوترونات التي تشكل نواة الذرة، ولكن هناك العديد من الجسيمات الأخرى، مثل البايونات – pions، والكاونات – kaons، وجسيمات لامبدا – Lambda particles، وأوميغا – omegas والعديد غيرها. السمة المعرفة لهذه الأنواع من الجسيمات هي أن لها حجمًا قابلًا للقياس بشكل معقول (والذي يكون بحجم البروتون تقريبًا).
ليس للجسيمات الممتدة سطح محدد جيدًا مثل الرخام. إنها أشبه قليلاً بالأرض وغلافها الجوي. يكون الغلاف الجوي للأرض أكثر ثخانة بالقرب من سطح الأرض ويقل ثخانة مع الارتفاع.
لذا فإن النقطة المحددة التي يمكنك القول عندها أنك لم تعد ضمن الغلاف الجوي للأرض هي نقطة غامضة بعض الشيء، لكن ما يزال بإمكانك القول بثقة أن الحد بين داخل الغلاف الجوي للأرض وخارجه يبلغ 10 أو 20 ميلًا نحو الأعلى. بصرف النظر عن النقطة الدقيقة التي تقول أنها تفصل ما بين كون الشيء في الداخل أو الخارج، فالجزيئات الممتدة لها حجم.
تكون الجسيمات النقطية أكثر غرابة، ويقال أحيانًا إنها لا تمتلك حجمًا بتاتًا أو أن حجمها صفر. لقد أثار هذا البيان الكثير من الشكوك والدهشة. كيف يمكن لأي شيء ألا يكون له حجم على الإطلاق؟ وإذا كان له كتلة، فهل يعني الحجم الصفري أنه يمتلك كثافة لانهائية؟ (وبالمناسبة وبينما تتابع قراءة المقال سترى أن الإجابة على هذا السؤال الأخير هي: لا).
أنت تبدأ باستيعاب السبب في أن بعض الناس يشككون عندما يقول أحد العلماء أن الجسيم يشبه النقطة. ومع ذلك هناك منطق في كون ذلك صحيحًا؟ فكيف يكون ذلك؟
الجسيم النقطي لا حجم له، و لكن لديه حقل حوله. يصبح الحقل أقوى كلما اقتربت من الجسيم. يتفاعل هذا الحقل مع الجسيمات الموجودة في الرغوة الكمومية للمساحة الفارغة، ويوجهها. بهذا الأسلوب، يكون للجسيم النقطي تأثير موسع.
لنبدأ مع أسهل الجسيمات النقطية المعروفة: الإلكترون. ولنفترض أن له حجمًا صفريًا. على الرغم من أننا نعلم أن العالم الكمومي يختلف عن العالم المألوف الذي تقاس فيه الأشياء بوحدتي البوصة والقدم، إلا أنه ما يزال بإمكاننا الحصول على صورة ذهنية معقولة لما يحدث عندما نتخيل النظر إلى إلكترون باستخدام مجهر مثالي. في البداية، ونظرًا لأن حجمه صفر، فلن تتمكن أبدًا من رؤية الإلكترون نفسه.
على أي حال، أنت لاحظت أن الإلكترون لديه شحنة كهربائية، والتي تُنشئ حقلًا كهربائيًا من حوله. تلك هي أول نقطة حاسمة. النقطة الحاسمة الأخرى هي فكرة تسمى الرغوة الكمومية – quantum foam؛ والتي تشير إلى حقيقة أن المساحة الفارغة ليست فارغة بالفعل. تظهر جسيمات المادة والمادة المضادة وتختفي وهذا تخلٍّ كامل وانتهاك عمد لما يبدو مبدأً للمنطق العام. المساحة الفارغة معقدة بالفعل.
الآن إذا قمت بدمج هاتين الفكرتين -أن هناك حقلًا كهربائيًا وأن المساحة تتكون من مزيج متفقع ومتذبذب من الجسيمات- حينها ستتمكن من تخيل شكل الجسيم النقطي. على بعد مسافة كبيرة من الجسيم، يكون حقله الكهربائي ضعيفًا ولا يؤثر بشكل كبير على الرغوة الكمومية.
على أي حال، كلما اقتربت من الجسيم النقطي، يصبح الحقل أقوى. يؤثر الحقل الأقوى على الجسيمات الافتراضية العابرة إلى درجة أكبر وأكبر ونهايةً تصطف الجسيمات الأخرى مع جسيمها النقطي. (على سبيل المثال، إن حقل الجسيم الشبيه بالنقطة والمشحون إيجابيًا سوف يدفع الجسيمات الموجبة الأخرى، ويُبقي الجسيمات السلبية قريبة).
بالتالي، إذا صادمت جسيمين شبيهين بالنقطة، في حين أن الجسيمين قد لا يتصادمان أبدًا، فمن المحتمل أن تتفاعل سحابتا الجسيمات المحيطة بهما. الجسيم الشبيه بالنقطة هو تجريد رياضي لمركز الجسيم، لكن في جوهره فإن الحقل الممتد يجعل حتى الجسيم النقطي غير شبيه بالنقطة كثيرًا.
على الرغم من أن جسيمات النموذج المعياري: (الكواركات واللبتونات والبوزونات المسببة للقوة) تعامل كلها حاليًا على أنها جسيمات شبيهة بالنقطة، إلا أنه لا توجد ضمانة على أن هذا سيكون صحيحًا دائمًا.
ربما عندما نسبر أحجامًا أصغر وأصغر، سنجد في النهاية أن الجسيمات التي اعتقدنا أنها تشبه النقطة هي في الواقع جسيمات ممتدة بها أشياء أصغر بداخلها. ومع ذلك، نظرًا لأن الجسيم المركزي محاط بهذه السحابة المتوسعة، فإن تحديد ما إذا كان المركز ممتدًا أو يشبه النقطة لهو أمر يمثل تحديًا حقيقيًا.
بالمحصلة، للجزيئات الممتدة حجم ثابت، على الرغم من أنها قد تمتلك حافة غامضة؛ فالجسيمات الشبيهة بالنقطة عبارة عن تجريدات رياضية ذات حجم صفري. لكن حتى الجسيمات ذات الحجم الصفري لها تأثير ممتد، بسبب تأثير الحقل المحيط بها.
اقرأ أيضًا:
ما الذي يعنيه دوران الجسيمات دون الذرية حول نفسها؟
الجراحة الكيميائية: علماء يزيلون اطفرات الضارة من الأجنة
ترجمة: رولان جعفر
تدقيق: جعفر الجزيري
