سيرن كشفت للتو عن خطط لمسرع جسيمات جديد ضخم جدا – بعض من أعمق أسرار هذا الكون مبهم للغاية، هناك حاجة إلى نوع جديد كليًا من المسرعات دون الذرية لاكتشافها.
من أجل ذلك، يريد الفيزيائيون الأوروبيون بناء مسرّع جسيمات أكبر من أي شيء رأيناه، وهو ما سيجعل من مُصادِم هادرون الكبير الذي يبلغ طوله 27 كيلومترًا (LHC) يبدو وكأنه مخصص للتجارب العلمية في مدرسة ثانوية مقارنة بالمصادم الجديد.
قدم المسؤولون في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) للتوّ نتائج دراسة أماطت اللثام عن تصميم وتكنولوجيا المُسرِّع الذي سيفتح فصلًا جديدًا في فيزياء الجسيمات.
وتبدأ خطتهم ببناء مسرّع ومصادم دائري طوله 100 كيلومتر، وتبلغ تكلفته 10 مليارات يورو.
في الوقت الحالي، يُشار إليه ببساطة باسم المصادم الدائري المستقبلي، أو FCC. بمجرد أن يبدأ استعمال الفيزياء الجديدة في وقت ما في العقود القليلة المقبلة، قد يكون له اسم مختلف.
يساعدنا هذا المسرع والمصادم المزمع إنشاؤه على تحقيق اصطدامات بسرعات وطاقات غير مسبوقة.
إن مصادم CERN الحالي -المصادم LHC- هو واحد من شبكة مترابطة من مسرعات الجسيمات تم بناؤها قرب الحدود السويسرية الفرنسية بالقرب من جنيف.
يستخدم LHC شبكة من المغناطيسات مصنوعة من المواد الفائقة التوصيل لتسريع تيارات البروتونات حتى 0.999999990 من سرعة الضوء، لتُزوّد كل بروتون بـ 6.5 تيراكرونفولت من الطاقة الحركية ومن ثم توجيهها للاصطدام – ما يكفي لتتولد مجموعة متنوعة من الجسيمات نتيجة هذا الاصطدام.
أشهر هذه الجسيمات كان بوزون هيغز بكل تأكيد، وهو جسيم تنبأ به لأول مرة الفيزيائي البريطاني بيتر هيجز في الستينات كمسؤول عن الكتلة المفقودة، وتأكّد وجوده تجريبيًا في عام 2012 بمساعدة LHC.
أكمل اكتشاف هذا الجسيم مجموعة الجسيمات التي تشكل اللبنات الأساسية للمادة حسب نظرية تسمى: النموذج القياسي أو: Standard Model.
ولكن حتى مع تأكيد هذا النموذج، فإن الكثير من الأسئلة الكبيرة ما نزال نبحثها، والتكنولوجيا الحالية لا تستطيع تقديم الأدلة التي نحتاجها للإجابة عليها.
ومن هذه الأسئلة :
- لماذا الجاذبية ضعيفة جدًا مقارنةً بالقوى الأخرى؟
- من أين تأتي كتلة النيوترينو الصغيرة؟
- لماذا يكون بوزون هيغز خفيفًا جدًا؟
- أين تتموضع المادة المضادة في الكون؟
- ما هي طبيعة هذا الشيء الذي نسميه المادة المظلمة؟
أما بالنسبة للمرحلة الأولى، فإن CERN تخطط لشيء أقل طموحا وهي آلة تصدم الإلكترونات مع نظيرتها في المادة المضادة: البوزيترونات.
وهذا يختلف عما يفعله المصادم LHC إذ يعمل على صدم الهادرونات وهي جسيمات تملك كتلة أكبر بكثير من الإلكترونات والبوزيترونات. إذ يتألف الهادرون من ثلاثة كواركات تمسكها معًا جلوونات Gluons.
إن الطاقات المستخدمة في المرحلة الأولى من FCC لن تكون عالية مثل تلك المستخدمة حاليا في LHC، لكنها ستظل أعلى من أي شيء تحقّق سابقًا لهذه الأنواع من الجسيمات، إذ سيتولد عدد كبير من بوزونات هيغز، وستكون النتيجة النهائية أسهل بكثير في التحليل.
في نهاية المطاف، فإن إضافة مسرّع بروتونات متكامل بطول 100 كيلومتر يحتاج استثمارًا إضافيًا بقيمة 15 مليار يورو، لذلك لا يمكننا أن نأمل بأن يكون مفتوحًا للعمل في أي وقت قبل منتصف هذا القرن على الأقل.
في هذه الأثناء، لدى الصين خطط خاصة بها. مصادم الكترون- بوزيترون (CEPC)، والذي تبلغ تكلفته 30 مليار يوان (4.3 مليار دولار أمريكي) سيعمل في ثلاثينيات هذا القرن.
قد تحصل اليابان أيضًا على نسختها الخاصة من مسرِّع قادر على إنتاج أعداد كبيرة من بوزون هيجز، إذا أمكن إقناع الحكومة بأن المسرع يستحق الاستثمار.
- ترجمة: أسامة أبو إبراهيم
- تدقيق: رزوق النجار
- تحرير: زيد أبو الرب
