فيزيائيون في سيرن يرصدون مباشرة موجات الكواركات داخل حساء الانفجار العظيم

تمكّن فريق من الفيزيائيين العاملين في مصادم الهادرونات الكبير التابع لمنظمة سيرن للأبحاث النووية من رصد مباشر، للمرة الأولى، لكيفية صنع الكواركات المنفردة موجاتٍ وهي تتحرك داخل بلازما الكواركات والغلوونات، وهي حالة المادة الفائقة الحرارة التي كانت تملأ الكون في أجزاء من الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم، في اكتشاف يقدّم دليلاً تجريبياً مباشراً على الطبيعة السائلة لهذه المادة البدائية.

وتشير بلازما الكواركات والغلوونات إلى حالة من المادة تنتج عن درجات حرارة وكثافات بالغة الارتفاع، تتحرر فيها الكواركات والغلوونات، وهي مكوّنات أساسية للبروتونات والنيوترونات، من قيودها الهدرونية المعتادة، لتشكّل بلازما متحركة حرة تحاكي الحالة التي كانت تسود الكون بأكمله في اللحظات الأولى من نشأته، حين كانت درجات الحرارة تصل إلى تريليونات الدرجات.

ووجد الباحثون أن الكوارك المنفرد، وهو جسيم دون ذري أولي يُشكّل اللبنة الأساسية للبروتونات والنيوترونات والهادرونات، يترك خلفه، وهو يشق طريقه عبر هذه البلازما، «تموجات وتدفقات ودوّامات دوّارة، تشبه إلى حد كبير حركة بطة تسبح عبر الماء»، في وصف دقيق يوضح كيف تتصرف هذه البلازما بصفتها سائلاً متماسكاً له خصائص فيزيائية مشتركة بين جزيئاته، لا مجرد تجمّع من جسيمات مستقلة تتحرك كل منها بشكل عشوائي منفصل عن الأخرى.

واستخدم الفريق البحثي كاشف المينويد العضلي المدمج، أحد الكاشفات الرئيسية العاملة في مصادم الهادرونات الكبير، واعتمد في طريقته على أسلوب مبتكر يختلف عن الوسائل التقليدية المستخدمة لرصد أزواج الكواركات والكواركات المضادة، التي تنتج اضطرابات متداخلة يصعب تفسيرها بدقة. فبدلاً من ذلك، استخدم الباحثون بوزونات زد، وهي جسيمات دون ذرية ثقيلة تنقل القوة النووية الضعيفة وتتحلل سريعاً جداً إلى جسيمات أخف، بصفتها علامات مرجعية تمر عبر البلازما بأقل قدر من التفاعل معها، مما سمح للفريق بعزل وقياس موجات الكواركات المنفردة بدقة غير مسبوقة.

وقد حلل الفريق كمية ضخمة من البيانات بلغت نحو 13 مليار تصادم بين أيونات ثقيلة، وهي تجارب فيزيائية تُسرَّع فيها نوى ذرية ثقيلة إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء ثم تُصدَم ببعضها لدراسة المادة في ظروف درجات الحرارة والكثافة القصوى المماثلة لحالة الكون مباشرة بعد الانفجار العظيم. ومن بين هذا الكم الهائل من التصادمات، تمكن الباحثون من تحديد نحو ألفي حدث أنتجت بوزونات زد مصحوبة بكواركات ذات زخم عالٍ، وهي البيانات الدقيقة التي استندت إليها نتائج الدراسة.

ويمثل هذا الاكتشاف أول دليل مباشر على أن الكوارك يجرّ بالفعل كمية إضافية من البلازما معه خلال تحركه، وهو ما يؤكد تجريبياً تنبؤات نظرية سابقة حول الخصائص السائلة لبلازما الكواركات والغلوونات. ويفتح هذا الإنجاز إمكانيات بحثية غير مسبوقة لدراسة سلوك هذه البلازما البدائية التي كانت سائدة خلال الميكروثانية الأولى من عمر الكون، حين كانت درجات الحرارة تتجاوز تريليونات الدرجات، وهي ظروف قصوى لا يمكن إعادة تكرارها بدقة إلا داخل مسرّعات الجسيمات الضخمة كمصادم الهادرونات الكبير.

وللعالم العربي حضور متنامٍ في أبحاث فيزياء الجسيمات؛ إذ وقّعت المملكة العربية السعودية اتفاقيات تعاون رسمية مع سيرن في إطار دعم مساعي التحول العلمي ضمن رؤية 2030، كما يُسهم باحثون من جامعة القاهرة والجامعة الأمريكية في بيروت والجامعة الأردنية في أبحاث فيزياء الجسيمات النظرية. وتمثل اكتشافات كهذه حافزاً بالغ الأهمية لتشجيع الاستثمار العربي في الأبحاث الأساسية التي تُرسي الأسس العلمية لتقنيات المستقبل.

ويُعدّ مصادم الهادرونات الكبير، الذي يقع في مركز سيرن قرب جنيف ويضم كاشف المينويد العضلي المدمج ضمن مكوناته الرئيسية، أضخم مسرّع جسيمات في العالم، ويواصل تقديم اكتشافات متلاحقة تساعد الفيزيائيين على فهم اللحظات الأولى الحاسمة من تاريخ الكون بدقة متزايدة. ويرى علماء الفيزياء أن هذا النوع من الأبحاث لا يحمل فقط قيمة نظرية بحتة، بل يساعد أيضاً على فهم أعمق للقوى الأساسية التي شكّلت الكون المعروف بأكمله، بدءاً من أجزاء الثانية الأولى بعد نشأته وحتى تطوره إلى الصورة التي نراها اليوم.