ما هو أصغر شيء في الكون جوناثان بتروورث

لو أخذت أيّاً من أغراض الحياة اليومية، لنقل كوب قهوة، وكسرته لنصفين، ثم مرةً أخرى لنصفين وأبقيت العملية مستمرة، فإلى أين سينتهي بك الأمر؟ هل باستطاعتك أن تواصل للأبد، أم ستجد منظومة من وحدات البناء غير المتجزئة ومنها يتكـوّن كـل شيء؟ وجد الفيزيائيون المذكور آنفاً، فالمادة تتكون من جسيمات أولية، هي أصغر الأشياء في الكون. تتفاعل الجسيمات مع بعضها وفقا لنظرية تدعى "النموذج العياري." النموذج العياري هو تلخيص متـقن لعالم الكـمّ الغريب للجزيئات غير المتجزئة المتناهية الصغر، ويشمل كذلك القوى التي تنظم كيف تتحرك الجسيمات وتتفاعل وترتبط ببعضها لتشكّل العالم من حولنا. إذن، فكيف يعمل؟ بتكبير حطام الكوب، نرى جزيئات مكونة من ذرات مرتبطة ببعضها. الجزيء: هو أصغر وحدة لأي مركب كيميائي، والذرة: هي أصغر وحدة لأيّ عنصر في الجدول الدوري. لكنّ الذرّة ليست أصغر وحدات المادة. وجدت التجارب أن لكل ذرة نواة صغيرة جدًا وكثيفة، محاطة بسحابة إلكترونات تفوقها في الصغر. والإلكترون على حد علمنا، أحد وحدات بناء الكون الأساسية غير المتجزئة، وهو أول جسيمات "النموذج العياري" اكتشافا على الإطلاق. ترتبط الإلكترونات بنواة الذرة عبر الكهرومغناطيسية، وتتجاذب بواسطة تبادل جسميات تدعى الفوتونات، وهي كـمّ الضوء الذي يحمل القوة الكهرومغناطيسية، إحدى قوى "النموذج العياري" الأساسية. وللنواة المزيد من الأسرار للكشف عنها لاحتوائها على البروتونات والنيترونات، فرغم الاعتقاد بأنها جسيمات أولية بحد ذاتها إلا أنه في 1968 اكتشف الفيزيائيون أن البروتونات والنيترونات تتكون من الكواركات، والتي هي غير متجزئة يحتوي البروتون على كواركين علويين وكوارك واحد سفلي، ويحتوي النيترون على كواركين سفليين وواحد علوي. تتماسك النواة ببعضها بواسطة "القوة القوية" - قوة أخرى من قوى النموذج العياري الأساسية وكما تحمل الفوتونات القوة الكهرومغناطيسية تحمل جسيمات تدعى الغلوونات "القوة القوية." الإلكترونات، مع الكواركات العلوية والسفلية تبدو كل ما نحتاجه لتكوين الذرات، وبذلك وصف المادة الطبيعية، غير أن التجارب ذات الطاقة العالية كشفت أن هناك في الواقع ستة كواركات، السفلي والعلوي، والغريب والساحر، والـقعري والقـمّي ويأتون ضمن نطاق واسع من الأحجام ووجد الشيء نفسه بالنسبة للإلكترونات، التي لها شقيقان أثـقـلُ يُدعيان الميوون والتاو. فـلـمَ هنالك ثلاثة، وثلاثة فقط من الصور المختلفة لكـلٍّ من هذه الجسيمات؟ هذا يبقى لغزًا. تصدر هذه الجسيمات الثقيلة، وللحظات قصيرة جدًا، في التصادمات ذات الطاقة العالية، ولا تشاهد في الحياة اليومية. وذلك لأنها تضمحلّ سريعا جدًا لتصير الجسيمات الأخفّ. وهذه الاضمحلالات تتضمن التبادل لجسيماتٍ حاملة للقوة، تدعى دبليو(W) وزد(Z)، والتي - على خلاف الفوتونات - لها كتـلة وهي تحمل "القوة الضعيفة"، آخر قوى "النموذج العياري." نفس هذه القوة تسمح للبروتونات والنيترونات من التحول إلى بعضهم البعض، وهذا جزء جوهريّ من تفاعلات الإندماج التي تحفـّـز الشمس. ولرصد الدبليو(W) والزد (Z) مباشرة، احتجنا التـصادمات ذات الطاقة العالية المتوفرة بواسطة مسرّعات الجسيمات. ويوجد نوع آخر من جسيمات "النموذج العياري" يدعى النيـوتريـنـوات وهي تتفاعل مع الجسيمات الأخرى فقط بحدود القوة الضعيفة إن تريليونات النيوترينوات، والصادرالعديد منها عن الشمس، تتطاير عبرنا في كل ثانية ووجدت مقاييس" التفاعلات الضعيفة" أن هناك أنواعًا مختلفة من النيوترينوات مرتبطة بالإلكترون، والميوون، والتاو كل هذه الجسيمات لها أيضًا نُسخ مادة مضادة والتي لها الشحنة المعاكسة ولكنها مطابقة في سوى ذلك. تنتج المادة والمادة المضادة على هيئة أزواج في التصادمات ذات الطاقة العالية، ويفني أحدهما الآخر عند التقائهما. والجزء الأخير من "النموذج العياري" هو بوزون "هيجز" تموّج كمّي في ظلّ حقل الطاقة الكوني. والتفاعل مع هذا الحقل هو كيف تكتسب كل جسيمات المادة الأولية كتلة وفقا للنموذج العياري. تَـدرُس"تجربة أطلس" في "مصادم الهدرونات الكبير" النموذج العياري بعمق. فبأخذ المقاييس الدقيقة للجسيمات والقوى التي تشكل الكون يستطيع فيزيائيو "أطلس" البحث عن إجابات لألغاز لم يفسرها النموذج العياري، فمثلًا، كيف نشأت الجاذبية؟ ما حقيقة العلاقة بين حاملات القوة وجسيمات المادة؟ كيف يمكننا وصف "المادة المظلمة" التي تشكل معظم الكتلة في الكون لكنها لا تزال مجهولة؟ بينما يوفر النموذج العياري تفسيرًا جميلًا للعالم من حولنا لا يزال هنالك ألغاز كونية قيـّمة متروكة للاستكشاف.