غرابة النيوترينوات يمكن أن تعيد كتابة فيزياء الجسيمات بالكامل

قد يكون النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات مستحقًا لإعادة تشكيل فلسفية، بما في ذلك إعادة التفكير في ما يؤهل كل جسيم من جسيماته ليتم اعتباره جسيمًا في البداية.

سواء كان الجسيم مشاركًا في تكوين المادة أو حمل قوة، فإنه أو الأجزاء المكونة له لها مكان في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. وبهذه الطريقة، يكون النموذج القياسي مشابهًا للجدول الدوري للعناصر، فهو يجدول العناصر الأساسية لعالمنا. لكن جورج هوبارت من جامعة بريستول في المملكة المتحدة يرى الآن أن هذه الجدولة قد تحتاج إلى إعادة النظر، بل وحتى تغييرها، من أجل التوصل إلى نموذج أكثر صحة للواقع المادي.

وفي قلب تفكيره توجد جسيمات تسمى النيوترينوات، وهي بعيدة المنال لأنها تتفاعل مع الجسيمات الأخرى بشكل ضعيف جدًا من خلال الجاذبية أو عبر مسافات قصيرة جدًا من خلال القوة النووية الضعيفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن كتلتها غير معروفة بدقة، ولا يمكن للنموذج القياسي التنبؤ بها من خلال ما يسمى بآلية هيغز التي تفسر كتل جميع الجسيمات الأخرى.

هناك غرابة أخرى أيضًا. يصنف النموذج القياسي ثلاثة نيوترينوات مختلفة – نيوترينو الإلكترون، ونيوترينو الميون، ونيوترينو التاو – ولكل منها جسيم “الأخ الأكبر” الأكثر ضخامة والذي يشترك في الاسم معه: الإلكترون، والميون، والتاو. في حين أن الإلكترون لا يمكن أن يصبح ميونًا تلقائيًا، يمكن لنيوترينو الإلكترون، على سبيل المثال، أن يتحول بشكل عشوائي إلى نيوترينو ميون.

يقول هوبارت إنه من المفيد تصور النموذج القياسي كجدول فعلي يضم جميع النيوترينوات في صف واحد وإخوتها الكبار في صف آخر. “ليس لدينا أي دليل على قدرة الأخوة الكبار على التبادل أفقيًا، ولدينا أدلة جيدة جدًا على أنهم لا يستطيعون ذلك. ولكن لسبب ما، فإن النيوترينوات قادرة على التبادل أفقيًا”.

يقول هوبارت إنه بالنسبة للفيلسوف، فإن هذا يطرح سؤالًا حول ما إذا كان تصنيف الجسيمات بهذه الطريقة منطقيًا. من خلال العديد من التجارب، نعلم أن النيوترينوات موجودة وما هي الخصائص التي تمتلكها جميع الجسيمات الأخرى في النموذج القياسي، ولكن هناك طرق متعددة لتحويل تلك المعرفة إلى نظام فهم، أو علم الوجود.

تعتمد الصفوف والأعمدة الحالية للنموذج القياسي على خصائص الجسيمات الخاصة بالكتلة و”النكهة”، وهي الخاصية التي تفصل بين النيوترينوات الثلاثة. تعتبر النيوترينوات مزعجة على كلا الجبهتين، لأنها يمكن أن تغير نكهتها، كما أن كيفية اكتسابها للكتلة أمر غامض، لذلك يقترح هوبارت إعادة صياغة النموذج القياسي بحيث تصبح لبناته الأساسية “عائلات”، أو صفوفًا كاملة، بدلاً من الجسيمات الفردية التي تتألف منها.

وبهذه الطريقة، ستكون النيوترينوات الثلاثة عبارة عن حالات كمومية لكيان أكثر جوهرية، وليس ثلاثة أجسام متميزة. يقول هوبارت إن هذا قد يغير طريقة تفكير الباحثين في قدراتهم التبادلية الغامضة، وذلك من خلال جعلهم يركزون أولًا على ما يتشاركونه بشكل أساسي.

ويقول: “هذا لا يغير أيًا من الفيزياء”. “بدلاً [we] خذ هذه النظرية المذهلة التي ابتكرها البشر منذ ما يقرب من قرن من الزمان وحاول معرفة كيف نفسر ذلك بطريقة أكثر فلسفية وكيف يجب أن يؤثر ذلك على صورتنا للعالم؟ وقد تساعدنا تلك الصورة للعالم في البحث في مجالات جديدة. قدم هوبارت عمله في مؤتمر أسس الفيزياء في إرفاين، كاليفورنيا، في السابع عشر من يونيو.

يقول نويل سوانسون من جامعة ديلاوير إن الطريقة التي يتم بها تصنيف الجسيمات ضمن النموذج القياسي تعتمد على إضفاء المثالية على ما يعنيه أن تكون جسيمًا، وهو الأمر الذي لا يزال الفلاسفة يناقشونه. ويقول إن المقترحات المشابهة لمقترح هوبارت تستحق التفكير فيها، وسيكون من المفاجئ أن تثبت خصائص مثل الكتلة أو النكهة في النهاية أنها الخصائص الأساسية للأشياء المادية.

يقول سوانسون: “أظن أنه، على مستوى أكثر جوهرية، لديك شيء يشبه الحقل تقريبًا، والجسيمات هي أنواع مختلفة من إثارة ذلك الشيء. من المنطقي تصنيف الإثارة بالطريقة التي نقوم بها في النموذج القياسي، ولكن إذا نظرت إلى تلك الإثارة على أنها نوع من “المفاصل” الأساسية للطبيعة، فمن المحتمل أن يكون ذلك خطأً”.

لا تزال المناقشة حول الطبيعة الفلسفية الدقيقة للجسيمات مستمرة، وكذلك التحقيقات التجريبية للنيوترينوات. نادرًا ما تعمل الفلسفة وفروع الفيزياء التطبيقية بشكل وثيق، ولكن هنا قد تكون هناك فرصة لتبادل المعلومات بين الاثنين، كما يقول سوانسون.

يقول هوبارت: “إن الطريقة التي تفسر بها هذه الجسيمات الغريبة تمامًا قد تحفزك على تحديد خطوط البحث التي ترغب في المضي قدمًا فيها بعد ذلك”.

سيرن ومونت بلانك، المادة المظلمة والمتجمدة: سويسرا وفرنسا

استعد لإثارة إعجابك بـ CERN، مركز فيزياء الجسيمات الأوروبي، حيث يقوم الباحثون بتشغيل مصادم الهادرونات الكبير الشهير، والذي يقع بالقرب من مدينة جنيف السويسرية الساحرة الواقعة على ضفاف البحيرة.