إن فيزياء الجسيمات، التي تدرس اللبنات الأساسية للكون، وصلت إلى مفترق طرق. حيث تشرع سيرن، (المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية) (CERN)، وهي المختبر الأول لفيزياء الجسيمات في العالم، لمشروع طموح من أجل بناء المصادم الدائري المستقبلي ( (FCC) Future Circular Collider)، وهو نفق ضخم يبلغ طوله 91 كيلومترًا من شأنه أن يصدم الإلكترونات والإلكترونات المضادة معًا لكشف أسرار بوزون هيغز (Higgs boson). بوزون هيجز هو جسيم تم اكتشافه في عام 2012.
وقد أثار المشروع، الذي تقدر تكلفته بنحو 17 مليار دولار، مناقشات ساخنة بين العلماء والحكومات ووكالات التمويل. في هذا التقرير، نتعمق في عالم فيزياء الجسيمات، ونستكشف التاريخ والأهمية والتحديات المحيطة بمشروع المصادم الدائري المستقبلي، وتأثيرات نتائجه على فهمنا للكون.
محتويات المقال :
بوزون هيغز وكشف أسرار الكون
بوزون هيغز مسؤول عن إعطاء الكتلة للجسيمات الأساسية، وهو جانب مهم من الكون كما نعرفه. وبدون بوزون هيغز، ستكون الجسيمات بلا كتلة، وسيكون الكون مختلفًا تمامً. أكد اكتشاف بوزون هيغز وجود حقل هيغز (Higgs field)، وهو حقل يتخلل الفضاء كله ويعطي كتلة للجسيمات التي تتفاعل معه.
كان اكتشاف بوزون هيغز علامة فارقة في تاريخ فيزياء الجسيمات، لكنه أثار أيضًا أسئلة أكثر مما أجاب. على سبيل المثال، ما هي الطبيعة الحقيقية لحقل هيغز؟ وكيف يتفاعل مع المجالات الأساسية الأخرى في الكون؟ أثارت هذه الأسئلة موجة جديدة من الأبحاث، حيث يسعى العلماء إلى خلق فهم أكثر تفصيلاً لبوزون هيغز ودوره في الكون.
يهدف المصادم الدائري المستقبلي (FCC)، وهو مسرع جسيمات مقترح، إلى إنتاج بوزونات هيغز بكميات كبيرة. مما يسمح للعلماء بدراسة خصائصه بتفاصيل غير مسبوقة. ومن خلال كشف أسراره، يأمل الباحثون في الحصول على نظرة ثاقبة للطبيعة الأساسية للكون. وربما الكشف عن قوى وتفاعلات جديدة، وحتى المادة المظلمة.
تاريخ موجز لمسرعات الجسيمات
يعود مفهوم مسرعات الجسيمات إلى أوائل القرن العشرين، ولكن لم يتم بناء أول مسرعات عملية إلا في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي. كانت هذه الآلات المبكرة صغيرة نسبيًا، حيث كان قطرها بضعة أمتار فقط. ومع ذلك، فقد مهدوا الطريق لتطوير مسرعات أكبر وأقوى.
أحد أهم الإنجازات جاء مع بناء مصادم الإلكترون والبوزيترون الكبير ((LEP) Large Electron–Positron Collider) في سيرن في الثمانينات. وكان عبارة عن نفق دائري ضخم يمتد لمسافة 27 كيلومترًا، مما يسمح للفيزيائيين بدراسة الجسيمات دون الذرية.
وفي نهاية المطاف، تم استبداله بمصادم الهادرونات الكبير (LHC)، الذي بدأ العمل في عام 2008. ويُعد أعجوبة الهندسة الحديثة، ويضم نفقًا دائريًا بطول 27 كيلومترًا يمتد عبر الحدود السويسرية الفرنسية. وقد لعب مصادم الهادرونات الكبير دورًا فعالًا في العديد من الاكتشافات الرائدة، بما في ذلك اكتشاف بوزون هيغز في عام 2012.
ومع ذلك، فإن مصادم الهادرونات الكبير وصل إلى حدود قدراته، والفيزيائيون حريصون على استكشاف حدود جديدة في فيزياء الجسيمات. وهنا يأتي دور المصادم الدائري المستقبلي، وهو آلة عملاقة تعد بكشف أسرار الكون بشكل لم يسبق له مثيل. سوف تمهد الطريق لاكتشافات غير مسبوقة في مجال فيزياء الجسيمات.
ما الذي يميز المصادم الدائري المستقبلي FCC؟
سوف يكون المصادم الدائري المستقبلي بمثابة مسرع جسيمات ضخم، قادر على جعل الإلكترونات تتصادم بالإلكترونات المضادة بطاقات غير مسبوقة. ولكن ما الذي يجعل هذا النفق مميزًا للغاية، وما هي الأسرار التي يأمل العلماء في كشفها باستخدام هذه الأداة الضخمة؟
يعتبر المصادم الدائري المستقبلي في جوهره مجهرًا عملاقًا، يتطلع إلى الطبيعة الأساسية للمادة والطاقة. من خلال تسريع الجسيمات إلى ما يقرب من سرعة الضوء، يمكن للعلماء إعادة خلق الظروف التي كانت موجودة في بداية الكون، بعد أجزاء من الثانية فقط من الانفجار الكبير. وهذا يسمح لهم بدراسة بوزون هيغز. بوزون هيغز هو المفتاح لفهم كيفية اكتساب الجسيمات للكتلة، وهي خاصية أساسية للكون.
سوف يبلغ طول المصادم 91 كيلومترًا وسيكون بمثابة أعجوبة من أعاجيب الهندسة الحديثة. ويتطلب تكنولوجيا متطورة للحفاظ على درجات الحرارة منخفضة للغاية والمجالات المغناطيسية الدقيقة اللازمة لعمل المصادم. سيتم تقسيم الآلة إلى أربعة أقسام، يخدم كل منها غرضًا محددًا في عملية التسريع. ويعد الحجم الهائل للمصادم ضروريًا لتحقيق الطاقات العالية المطلوبة لإنتاج بوزون هيغز بكميات كبيرة. مما يسمح للعلماء بدراسة خصائصه بتفاصيل رائعة.
هل يستطيع المصادم الدائري المستقبلي الوفاء بوعودها؟
تُقدر تكلفة المصادم الدائري المستقبلي بحوالي 17 مليار دولار، وهو استثمار كبير يثير تساؤلات كثيرة حول ما إذا كان يستحق هذه التكلفة. وقد أعربت ألمانيا، وهي مساهم رئيسي في ميزانية سيرن، بالفعل عن تحفظاتها بشأن تمويل المشروع، مشيرة إلى عدم اليقين بشأن دراسة الجدوى وخطط التمويل الغامضة.
أثار السعر الباهظ جدلاً حول قيمة المصادم وما إذا كانت الطرق البديلة قد تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة. بينما يزن المجتمع العلمي الإيجابيات والسلبيات، هناك شيء واحد واضح، مصير المصادم الدائري المستقبلي معلق.
مسارات بديلة لكشف أسرار بوزون هيغز
يكمن أحد الحلول المحتملة في المصادمات الخطية (Linear Collider)، والتي يمكن أن توفر بديلاً أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وفعالية من حيث التكلفة للمصادمات الدائرية مثل المصادم الدائري المستقبلي. لقد ثبت أن المصادمات الخطية تستهلك طاقة أقل وتتطلب إنشاءات أقل اتساعًا. مما يجعلها خيارًا جذابًا للباحثين الذين يعانون من ضعف في التمويل.
هناك نهج آخر يكتسب المزيد من الاهتمام وهو استخدام مصادمات الميونات (Muon collider). من المحتمل أن تنتج مصادمات الميونات تصادمات عالية الطاقة دون الحاجة إلى بنية تحتية ضخمة ومكلفة. إذ يمكن تسريع الميونات، وهي جسيمات دون ذرية تشبه الإلكترونات، إلى طاقات عالية باستثمارات متواضعة نسبيًا في البنية التحتية. مما يجعلها بديلاً مثيرًا للاهتمام للمصادمات التقليدية.
يكمن جمال هذه الأساليب البديلة في قدرتها على إضفاء الطابع الديمقراطي على الوصول إلى أبحاث بوزون هيجز. ومن خلال جعل الاصطدامات عالية الطاقة أكثر سهولة وبأسعار معقولة، يمكن للعلماء من جميع أنحاء العالم المساهمة في فهمنا للكون، بغض النظر عن موقعهم الجغرافي.
المصادر:
CERN’s $17-billion supercollider in question as top funder criticizes cost / nature
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :