• انشر كتاباتك
  • احصل على آراء وتقييم آلاف القراء والكتّاب
  • طوّر مسيرتك الكتابية

سجل حسابك الآن وابدأ رحلة الكتابة!

إنشاء حساب تسجيل دخول
الذرة: هذا المخلوق العجيب
الذرة: هذا المخلوق العجيب
قد تكون أول الأسئلة التي تخطر على ذهنك عند السماع لأول مرة عن الذرات : من يهتم أساسًا بالجسيماتِ متناهية الصغر تلك؟ لماذا
يهتم بها العلماء إلى هذا الحد ؟
والحقيقة أنها ليست الجسيما ت الذر ية في حد ذاتها المثيرة للاهتمام، بل أشياء أخرى تتعلق بها .

لماذا ندرس الجسيمات الذرية ودون الذرية ؟

على نفس المنوال؛ تخيل أنّك أصبحت مفتونًا بالمدن الرومانية وطريقة تشييدها، مما يدعوك إلى معرفة المزيد عن تاريخ روما.

فربما تجد نفسك مفتونًا بتلك الطريقة التي شيدوا بها المباني والقنوات المائية. وبشكل طبيعي، تقفز بشغفك إلى الإعجاب بمتانة

أقواسهم الحربية، وأساساتهم الإنشائية. ومن هنا إلى التّمحص في خصائص طوبها ومِلاطها –قذائف الهاون-. وتحديدًا عند هذه

النقطة، لا يصبح الطوب والملاط هما ذوا الأهمية، إنما هما ليسا إلا وسيلة لتحقيق غايتك من الإجابة عن الأسئلة في الإطار

المجمل: وهو كيفية بناء وتصميم المباني في الحضارة الرومانية، ولماذا بدت لك بهذه الجاذبية منذ البداية، وكيف من الأساس تمكنت

من الصمود لكل تلك السنين .

الطبيعة هي أعتق وأقدم الأعمال المعمارية الجذابة. نحن حقًا نعيش محاطين بالعديد من الأمجاد والأسرار. أشجار البلوط،

والبراكين، وغروب الشمس النابض بالحياة، والعواصف الرعدية، والرمال التي تملأ الشواطئ .

منذ قرنين من الزمن، استنتج العلماء أنّ هذا التنوع المعماري يمكن أن يُفهم جزئيًا؛ إذا كانت المادة مصنوعة من عدد من الذرات

المتباينة “العناصر”، ومن هنا أصبحوا مهتمين بالذرات، والتي هي البنية الأساسية والأولية للطبيعة كما كان مفهومًا لدى العلماء

حينها.

على العموم؛ لم تكن هذه سوى البداية فقط، فقد اكتشفوا أنّ هناك العديد من أنواع تلك الذرات مع اختلافات شتى في تفاعلاتها

الكيميائية وقدرتها على بعث الضوء .

وفي محاولة لفهم هذا التنوع في سلوك الذرة، توصل العلماء إلى أنّ تلك الذرات تحوي العديد من الأشكال المعمار ية من جسيمات

أصغر: الإلكترونات التي تحيط بنواة الذرة، والمكمومة في مكانها بملاط القوى الكهربية. وفي النواة نفسها توجد أشكال معمارية

أكثر، بالبروتونات والنيوترونات المكمومة بملاط القوى النووية القوية. وعلى مدى الأعوام تُكتَشفُ قوىً أخرى مثل القوى النووية

الضعيفة، والتي غالبًا ما تكون قوى هدم أكثر منها قوى بناء .

إن العلم بهذه المستويات الجديدة من البناء، لم يقدنا فقط إلى التفسيرات الكيميائية، وكيفية انبعاث الضوء وكيفية امتصاصه، ولكنه

قادنا أيضًا للوصول إلى أسرار أخرى، مثل تكوين النجوم، وغرائب النشاط الإشعاعي، والتوقعات لما تحتويه النواة، والخطر

الشاسع لطاقتها. كان نهج الطوب والملاط هو المفتاح لتفسير سرٍ تلو الآخر خلال القرن العشرين .

]بالمناسبة، ما أقوله هنا هو رسم شبه تاريخي، وليس حسابًا تاريخيًا دقيقًا؛ القصة الحقيقية هي، بطبيعة الحال، أكثر ثراءً، وأكثر

تعقيدً ا، وأبعد بكثير مما يمكن القيام به بشكل صحيح. [

وبحلول الخمسينيات من القرن العشرين، كان من المعروف أنّ البروتونات والنيوترونات لديها العديد من أبناء العم: “الهادرونات”

مثلاً كالتي تحمل أسماءً مثل pions ، و kaons ، و deltas ، و mhoon rho ، إلخ .

وكان هذا التعقيد علامة كذلك على أن حتى تلك البنايات تحمل تركيبًا معماريًّا جديدًا. وفي أوائل السبعينيات، أصبحت صورة هذه

الجسيمات –مثل الأشياء المعقدة المصنوعة من الكواركات والغلوونا ت- موضع تركيز واهتمام .

يمكنك أن ترى علماء فيزياء الجسيمات، كهؤلاء المهتمين بالهندسة المعمارية للطبيعة على مستوى الطوب والملاط، وقوة التحمل

والتآكل. فهم في الحقيقة يتساءلون: ما هي أساسات تلك البناءات؟ وما الذي يجعلها مترابطة أو متفرقة في الأساس؟ كيف يتم تنظيمها

بهذا الشكل لنرى هذا البناء الهائل في الكون ؟

ابتداءً من الستينيات، نشأ مفهوم مفاده أنّ خواصّ العالم الذي نعيش فيه تتطلب شيئًا ما يجتاح الكون –وهو حقل غير صفري، والذي

نسميه حقل هيجز تعريفيًا- الذي يغيّر الكثير من خصائص جسيمات الطبيعة-. وبدون حقل هيجز الخاص بنا، ستنهار هذه البنية التي

نراها من حولنا. ولذلك يُعدّ فهم هذا الحقل هو أحد المشاريع الأساسية لعلماء الفيزياء في الوقت الحالي، كما أنه السبب الأساسي لب ناء

مصادم الهيدرونات الكبيرة ) LHC (. ما هي الأسرار التي سيتم فتحها في هذه الدراسات –إن وجدت-؟ لا أحد يعلم حتى الآن !

لماذا يبني العلماء “محطم ذرات” عملاق للقيام بهذا العمل ؟

حسنًا، دعني أقول أنني أكره مصطلح “محطم الذرات” هذا. فنحن لا نحطم الذرات حتمًا. نحن نحطم جسيمات دون ذرية: بروتونات

أصغر 100000 مرة من الذرة. وإلكترونات أصغر 1000 مرة على الأقل من البروتونات فالأمر هنا أشبه بالخلط بين تصادم

الكواكب و تصادم ناقلتَي نفط مسرعتين أو رصاصتين!

نعود لنقطتنا الأصلية الآن، لماذا مازال على العلماء تحطيم البروتونات أو الجسيمات دون الذرية للقيام بتلك الأبحاث ؟

غالبًا ما يعطي هذا التشبيه لتوضيح عملية التصادم الجسيمي –والذي هو مصطلح أصحّ لعملية التحطيم تلك- أنه يشبه تحطيم

الساعات الدقيقة معًا للتعرف على مكوناتها وطريقة عملها من الأجسام المتطايرة، هناك ميزة لهذا التشبيه، لكن هناك شيء مهم

جدًا تم إهماله فيه .

إنّ تصادم الجسيمات في طاقة عالية جدًا ليس مجرد عملية تحطيم بقدر ما به من إبداع .

إنها خاصية استثنائية للطبيعة؛ أنه عند وجود الطاقة اللازمة متكدسة في مساحة صغيرة بما فيه الكفاية، أحيانًا يمكن لهذه الطاقة أن

تنتج جسيمات لم تكن موجودة مسبقًا من تلك الطاقة. وفي الواقع، هذا هو السبب الذي يحثّ العلماء على العمل على مصادمات

الجسيمات تلك .

فتقن ية الطاقة المضغوطة للغاية هي التقنية الوحيدة التي تسمح لنا بتكوين جسيمات ثقيلة أو نادرة لم يسبق لنا دراستها أو التعرّف

عليها من قبل .

فعلى سبيل المثال، ليس لدينا طريقة أخرى لدراسة جسيمات “هيجز” غير هذه التقنية .


تطبيقات أقرب للخي ال يقوم بها مصادم الهيدرونات

بدأ هذا الشغف بصناعة الثقوب السوداء تحديدًا عندما تأسّس مصادم الهيدرونات، ولكن لكون ذلك صعب التطبيق عمليًا، قام

الباحثون بعمل محاكاة تصِفُ كيف يمكن أن تتم العملية في مصادم الهيرونات، وهي كالتالي :

افترضوا وجود جسيماتٍ تملك قوة ليست كبيرة بما يكفي لتوقُّع أنها قد تصنع ثقبًا أسود، ثم أكسبوها سرعة تقترب من سرعة الضوء

لإتمام التصادم فيما بينها، وكانت النتيجة هي تكوين ثقب أسود بالفعل. مما كان عكس المتوقع بأن تكوين الثقوب السوداء يلزمه طاقة

هائلة.

كيف إذًا أمكن حدوث هذا نظريًا ؟

كالعادة، يصل بنا الحديث عن الثقوب السوداء للحديث عن أينشتاين والنسبية، وفي هذه المرة سنخوض في النسبيّتَين كلتيهما:

الخاصة والعامة. فبالطبع، أوّل ما خطر على بالك عندما ذكرت سابقا “اقتراب سرعة الجسيمات من سرعة الضوء” هو قانون

أينشتاين الشهير E=m*c^ ، مما يدلّ ببساطة على أنّ هناك علاقة طردية بين السرعة والطاقة التي تحويها المادة، فكتلة الجسم لا 2

تتغير على الإطلاق، لكن كلما اكتسب سرعةً تقترب من سرعة الضوء، كلما كانت طاقته تزداد بقَدْرٍ يُعدّ هائلًا بالنسبة لطاقته

الأصلية، مما يمكننا من توليد طاقةٍ تُما ثِل طاقة قلب ثُقبٍ أسود من بعض ال جسيمات ذات الطاقة المنخفضة .

هنا يأتي دور نظرية آينشتان النسبية العامة، فتلك الطاقة الهائلة التي تحويها كتلة صغيرة جدًا كاللتي صنعناها للتو، تسبب انحناءً في

نسيج الزمكان، وكما أثبت أينشتاين، فكلما ازداد قدر هذا الانحناء ازدادت قوّة جاذبية هذا الجسم، وبالتالي، فنحن هنا نقف أمام

وصفٍ دقيق لثقب أسود يقع داخل مصادم الهيدرونات، لكن كما ينتهي بنا المطاف بعد كلّ حلمٍ في علم الفيزياء، لا نستطيع -حتى

الآن على الأق ل- أن نصل لثلث سرعة الضوء حتى، مما يعني أننا لا نستطيع أن نصل إلى ثلث هذا القدر من الطاقة اللازم لتحقيق

هذه النظريات عمليًا .

وختام ا،ً هذا لا يعدّ إهداراً وتحطيم ا لساعت نا، فوقتنا محسوب بشكل جيد. والبروتونات التي يتم تحطيمها في مُصادم الهايدرونات

الكبير، كذلك مفهومة بشكل جيد. فقد تمت دراسة كل تلك الكواركات والغلوونات بشكل جيد بالفعل. لكن ك ما يبدو أننا نصادم

الساعات معًا على أمل أن يظهر لنا الهاتف المحمول متطايرًا من طاقة التصادم .

أقلّ ما قد يقال؛ هو أنّ شرح دراسة الجسيمات بهذه الطريقة قد يبدو جنونًا، لكن الطبيعة غريبةٌ ورائعةٌ حقًا، فمصادم الهيدرونات

يقوم اليوم بالحصول على أحد تلك الجسيمات الثقيلة النادرة بالفعل. فمن أجل خلق جسيمات هيجز، وربما ظواهر أخرى غير

متوقعة، نضحي بالبروتونات على مذابح مصادم الهايدرونات !


1
0
0

Anonymous {{ comment.name }} {{ comment.date }}
{{ comment.text }}
Anonymous {{ sub_comment.name }} {{ sub_comment.date }}
{{ sub_comment.text }}