القوة الكهرو ضعيفة هي تلك القوة التي تنقلها الفوتونات المألوفة بالنسبة لنا، وتنقلها أيضًا بوزونات W وZ، المسؤولة عن التفاعلات الضعيفة التي لا تمثل نقطة بدء الاحتراق الشمسي فحسب، بل هيا أيضًا أساس أنواع معينة من النشاط الإشعاعي. لكن ما دامت هذه التأثيرات متشابكة عن كثب على هذا النحو، فلِمَ تبدو على هذا القدر من الاختلاف في خبراتنا اليومية؛ أي عند درجات الحرارة والطاقات المنخفضة نسبيًّا؟ أحد أسباب ذلك هو أن الجسيم الذي ينقل القوة الكهرومغناطيسية - الفوتون - عديم الكتلة، بينما بوزونات W وZ، المرتبطة بالقوة الضعيفة، لها كتل ضخمة، و«يزن» كلٌّ منها مقدارًا مساويًا لوزن ذرة الفضة.

يفسر النموذج المعياري للجسيمات الأساسية والقوى العاملة بينها الكتلة، من خلال افتراض أن المتسبب فيها هو مجال جديد يُدعَى مجال هيجز، وذلك على اسم بيتر هيجز الذي كان أول من أدرك هذه الإمكانية النظرية، وذلك عام 1964. ينتشر مجال هيجز في الفضاء كله، ووفق هذه النظرية، لو لم يكن هناك وجود لمجال هيجز لما امتلكت الجسيمات الأساسية أي كتلة. إن ما ندركه نحن بوصفه الكتلة، ما هو جزئيا - إلا تأثير للتفاعل بين الجسيمات ومجال هيجز. الفوتونات لا تتفاعل مع مجال هيجز، ومن ثَمَّ هي عديمة الكتلة، أما بوزونات W وZ فتتفاعل معه، ومن ثُمَّ تكتسب كتلها الضخمة. أيضًا من المفترض أن الوحدات البنائية للمادة - الكواركات واللبتونات - تكتسب كتلتها من خلال التفاعل مع مجال هيجز.

مثلما تنتج المجالات الكهرومغناطيسية الحِزَمَ الكمية التي نسميها الفوتونات، من المفترض أن يتجسد مجال هيجز في بوزونات هيجز في نظرية هيجز الأصلية كان هناك نوع واحد فحسب من بوزون هيجز، لكن لو صَحَّتْ نظرية التناظر الفائق فمن المفترض أن تكون هناك عائلة من هذا النوع من الجسيمات.

بالجمع بين قياسات الدقة المأخوذة من مصادم الإلكترونات-البوزيترونات الكبير وغيره من المعجلات، وبين الحسابات الرياضية الخاصة بنظرية الكم والنموذج المعياري تمكن الفيزيائيون النظريون من تحديد الطاقات التي من المفترض أن يكشف فيها عن بوزون هيجز، أو غيره من الجسيمات المتسببة في نشوء الكتلة. تقضي هذه الحسابات بأن أصول الكتلة تجمدت في نسيج الكون بعد الانفجار العظيم بجزء من مليون مليون جزء من الثانية، حين بردت الحرارة إلى ما دون عشرة آلاف مليون مليون درجة. وقد صُمم مصادم الهادرونات الكبير في سيرن لمحاكاة هذه الظروف. وفي يوليو 2012 أعلن عن اكتشاف جسيم تبلغ كتلته نحو 125 جيجا إلكترون فولت تتفق احتمالية إنتاجه ونمط تحلله مع الخواص المتوقعة من بوزون هيجز. وحتى نوفمبر 2012 يبدو من المؤكد أن كتلة البوزونين W وZ تأتي من آلية هيجز، وأن كتل الكواركات القمية والقاعية تنشأ منها بالمثل من المبكر أيضًا تحديد ما إذا كانت كتلة الكواركات الأخف، وكتلة اللبتونات تنشأ هي الأخرى من هذه الآلية. وستأتينا الإجابة مع تراكم البيانات على مر السنوات القادمة.

شكل 10-2: بيتر هيجز، وعلى السبورة خلفه شرح لجزء من نظريته. ¹

هوامش

1. © David Parker/Science Photo Library.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays