هل من الممكن – اقتداءً بما فعله ماكسويل من توحيد عظيم الأثر للقوتين الكهربية والمغناطيسية في القرن التاسع عشر – أن نجمع بين الكهروديناميكا الكمية والتفاعلات الضعيفة والديناميكا اللونية الكمية في نظرية واحدة واسعة النطاق؟

طورت نظرية توحد القوة الكهرومغناطيسية مع القوة النووية الضعيفة نحو عام 1970 على يد كلُّ من شيلدون جلاشو ومحمد عبد السلام وستيفن واينبرج. وتقضي هذه النظرية المسماة بنظرية القوة الكهروضعيفة، بأن هاتين القوتين المنفصلتين ما هما إلا تجسيدان منخفضا الطاقة لقوة واحدة فحين تمتلك الجسيمات طاقة منخفضة، وتتحرك في بطء، فإنها تستشعر الطبيعة المتباينة للقوتين الضعيفة والكهرومغناطيسية. ويقول الفيزيائيون إنه عند مستويات الطاقة العالية يوجد تناظر بين التفاعلات الكهرومغناطيسية والتفاعلات الضعيفة؛ فالقوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة تبدوان مختلفتين في نظرنا عند الطاقات المنخفضة بسبب انكسار هذا التناظر. تخيل أن هناك قلما واقفًا على سِنّه حين يكون القلم في وضع رأسي فإنه يبدو على النحو ذاته من جميع الاتجاهات. لكن من شأن نسمة هواء عابرة أو مرور مرور شاحنة قريبة أن يسبب سقوط القلم، وهنا سيقع في أي اتجاه بِنِسَب احتمالات متساوية. لكن حين يسقط، فإنه يسقط بطريقة «معينة» متخذا اتجاهًا محددًا. وبالمثل، الفارق بين الكهرومغناطيسية وبين القوى النووية الضعيفة يمكن أن يكون وليد المصادفة؛ محض نتيجة عارضة للكيفية التي انكسر بها تناظر الطاقة العالية في العالم.

توجد التفاعلات الكهروضعيفة والتفاعلات القوية في نظرية مجمعة للتفاعلات الأساسية تسمى «النموذج القياسي». وقد حقق هذا النموذج نجاحًا مذهلا تمثل في أن كل الجسيمات الرئيسية التي تنبأ بها تم اكتشافها بعد ذلك بالفعل، باستثناء جسيم واحد فقط. فثمة حاجة لبوزون خاص يسمى «بوزون هيجز» من أجل تفسير الكتل في النموذج القياسي، وقد استعصى هذا الجسيم حتى الآن على الاكتشاف. إلا أن هذا النموذج لا يقدم توحيدًا لكل أنواع التفاعلات الثلاثة بالطريقة عينها التي توحد بها النظرية الكهروضعيفة بين التفاعلات الكهرومغناطيسية والتفاعلات الضعيفة. ويأمل الفيزيائيون في نهاية المطاف أن يوحدوا الأنواع الثلاثة من القوى محل النقاش في نظرية واحدة، وستعرف وقتها بأنها «النظرية الموحدة العظمى». وثمة نظريات عديدة تتنافس على هذا اللقب، لكن ليس معروفًا بعد أيُّها الصحيح (هذا إن كان من بينها نظرية صحيحة من الأساس).

ثمة فكرة مرتبطة بالنظريات الموحدة، وهي «التناظر الفائق». وفق هذه الفرضية، ثمة تناظر كامن بين الفرميونات والبوزونات، وهما العائلتان اللتان تعاملان على نحو منفصل في النموذج القياسي في نظريات التناظر الفائق لكل فرميون بوزون «شريك»، والعكس بالعكس. فالكواركات لها شركاء بوزونية تسمى الكواركات الفائقة، وللنيوترينوات شركاء تسمى النيوترينوات الفائقة، وهكذا دواليك. وللفوتون، وهو من البوزونات، شريك من الفرميونات يسمى الفوتينو، أما شريك بوزون هيجز فيسمى الهيجزينو، وهكذا دواليك. ومن الاحتمالات المثيرة للاهتمام في التناظر الفائق أنه قد يكون هناك جسيم واحد على الأقل مستقرٌّ من الأعداد الضخمة للجسيمات المتوقع أن تظهر عند مستويات الطاقة العالية للغاية. أيمكن لأحد هذه الجسيمات أن يؤلف المادة المظلمة التي يبدو أنها تتغلغل في أرجاء الكون بأسره؟

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