ال مصادم هادرون كبير سيتم استئناف (LHC) يوم الجمعة بعد توقف دام ثلاث سنوات ، ومن المتوقع أن يحل مشكلة علمية حول ما إذا كان شذوذ غامض يمكن أن يشير إلى وجود قوة أساسية خامسة للطبيعة.
الاكتشافات المغرية ذكرت العام الماضي أعاد إحياء الآمال في أن المصادم الذي يبلغ طوله 20 ميلًا يمكن أن يحقق اكتشافًا ضخمًا ثانيًا ، بعد أكثر من عقد من الزمان بوزون هيغز.
قال الدكتور ميتش باتيل ، عالم فيزياء الجسيمات في إمبريال كوليدج لندن الذي كان فريقه مسؤولاً عن أبحاث العام الماضي: “ندخل هذا السباق بمزيد من التفاؤل بإمكانية حدوث ثورة. تمنيت.”
حتى الآن ، كل ما تم اكتشافه في LHC – بما في ذلك Higgs – يتوافق مع ما يسمى النموذج القياسي. كانت النظرية الموجهة لفيزياء الجسيمات منذ سبعينيات القرن الماضي ، لكنها اشتهرت بكونها غير مكتملة لأنها فشلت في تفسير بعض أعمق ألغاز الفيزياء ، مثل طبيعة المادة المظلمة.
لكن، البيانات التي تم جمعها في تجربة LHCbأظهر أحد كواشف CERN الأربعة الضخمة للجسيمات في سويسرا أن الجسيمات تتصرف بطرق لا يمكن تفسيرها بواسطة النموذج القياسي.
نظرت التجربة في اضمحلال جسيمات تسمى كواركات الجمال ، والتي من المتوقع أن تتحلل بمعدل متساوٍ إلى إلكترونات وأبناء عمومتها الأثقل ، الميونات. ومع ذلك ، يبدو أن كواركات الجمال تتحول إلى ميونات أقل بنسبة 15٪ ، مما يشير إلى أن عاملاً غير معروف – يحتمل أن يكون قوة جديدة – كان يقلب الموازين. يتضمن اثنان من أفضل المرشحين جسيمات افتراضية تحمل القوة تسمى leptoquarks أو Z primes.
قال باتيل: “المخاطر كبيرة للغاية”. “إذا أكدنا ذلك ، فستكون ثورة من النوع الذي لم نشهده – بالتأكيد في حياتي. أنت لا تريد إفسادها.
قبل إغلاق المصادم LHC للترقية في عام 2018 ، جمع الفريق ما يكفي من البيانات للإشارة إلى أن الاحتمالات كانت حول ألف إلى واحد من النتائج التي تحدث عن طريق الصدفة. لكن المعيار الذهبي لفيزياء الجسيمات هو مستوى ثقة أكثر إحكامًا يبلغ 3.5 متر ، مما يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من البيانات قبل الإعلان عن الاكتشاف. هناك أيضًا احتمال طويل الأمد بأن مشكلة تجريبية غير معروفة يمكن أن تفسر النتائج.
قال باتيل: “عندما تُظهر هذه النتيجة لعلماء فيزياء الجسيمات ، فإن الغريزة الأولى هي ،” لقد أفسدت “بدلاً من أن تكون قوة جديدة من قوى الطبيعة”. “نحن الفيزيائيون نحب أن نكون فوق اليقين وعلى الجانب الآخر.”
على مدار العام الماضي ، زاد التوقع من خلال أدلة أخرى مثيرة للاهتمام للفيزياء تتجاوز النموذج القياسي الذي شوهد في تجارب أخرى ، بما في ذلك التجربة الأخيرة الاكتشافات غير المبررة لـ Fermilab في الولايات المتحدة.
قال البروفيسور جون باتروورث من جامعة كوليدج لندن ، الذي يعمل على تجربة أطلس لمصادم الهادرونات الكبير: “يبدو أن هناك الآن سلسلة من الخيوط السائبة”. “لقد جعلني ذلك أبدأ في التفكير أنه قد يكون هناك شيء ما في متناول هذا السباق أو الذي يليه.”
قال بتروورث إنه إذا فشل المصادم LHC في الكشف عن بيانات علمية جديدة تتجاوز النموذج القياسي ، فلن يمثل ذلك فشلًا ، ولكنه سيترك المجال “في بعض المعضلات” حول إلى أين تتجه.
الجولة الثالثة ، التي من المتوقع أن تستمر حتى عام 2026 ، تأتي بعد ترقية تضمنت تركيب مغناطيسات قوية إضافية مصممة لضغط البروتونات داخل المصادم إلى حزم أكثر دقة وأكثر كثافة. سيؤدي ذلك إلى زيادة معدل اصطدام الجسيمات داخل المسرع ، مما يعني أن العلماء سيكونون قادرين على مراقبة الأحداث النادرة بدقة أكبر.
قال أشوتوش كوتوال ، عالم فيزياء الجسيمات التجريبية بجامعة ديوك بالولايات المتحدة والرئيس المشارك لمجموعة بحثية في تجربة أطلس لمصادم الهادرونات الكبير: “لا تزال إمكانية اكتشاف أفكار جديدة كبيرة جدًا. وتجدر الإشارة إلى أن البيانات التي جمعناها حتى الآن لا تمثل سوى عُشر الإجمالي الذي نتوقعه. من السابق لأوانه أن تثبط عزيمتك.
