تـرجمة: د.سـامح نـور drsamehnour@gmail.com
،عالمنا
نظامنا الشمسي، كوننا
ما تواجد أي منها دون
جسيم شبحي يسمّى النيوترينو
يمكنها اختراق الجدران
واختراق كوكب، واختراق نجم
دون أن تُلاحَظ
إنها نظام إنذارنا المبكّر
أينما توجد مشكلة في الكون
فتتوقع سيلاً من النيوترينات
تثير النيوترينات الانفجارات القاتلة للنجم
المستعرات العظمى
بوسع النيوترينات الإجابة على أسئلة عديدة، من لماذا
نتواجد، إلى كيف نشأ الكون؟
تلك الجسيمات الدقيقة أنقذَت الكون الوليد
من الإبادة
تُسبّب الدمار
أحيانًا تُفجّر نجمًا
لكن في النهاية
قد تكون سبب تواجدنا من الأساس
النيوترينات مفتاح آلية عمل الكون
"طرق عمل الكون" "الحياة السرية للنيوترينات"
في الستينات، بدت شمسنا تحتضر
كان هناك دليلٌ أليم
أن شمسنا تخمد
كان هذا السؤال هو شاغل الفلكيين
لو لم تخضع الشمس لاندماج نووي
بالمعدّل الذي نعتقده فتلك مشكلة كبيرة
أكان لُب الشمس النووي يخفُت؟
النجوم، ومن ضمنها شمسنا
مفاعلات اندماج نووية عملاقة
داخل تلك المفاعلات الاندماجية النووية
تنسحق ذرات الهيدروجين معًا
لتُصدر الحرارة والضوء في صورة فوتونات
كل الضوء وكل الحرارة
التي نستقبلها على الأرض تأتي من الشمس
لو بدأت تبرد الشمس فجأة
فستكون أنباءً بالغة السوء لنا
كيف نتفحّص إن كانت تخمد الشمس؟
لدينا مركبة تراقب السطح الشمسي
،لكن لا يمكنها رؤية قلب المفاعل
لُب الشمس
بوسعك رؤية السطح، والشمس بالغة السطوع
هذا يسهّل دراستها
المؤسف أن لب الشمس داخلها بـ400 ألف ميل
ما يجعل رؤيته بالغ الصعوبة
دراسة الضوء الصادر من اللب لا يساعد
حين يصلنا فستكون نبئًا قديمًا
تصوّروا فوتونًا أو هذا الجسيم الضوئي
نشأ في مركز نجم
وتخيّلوا الآن أنه يريد الوصول إلى سطح النجم
يتّضح أن ذلك النجم بالغ الكثافة في المركز
والنجم نفسه بالغ الضخامة
فيستغرق 30 ألف عام حتى يهرب من اللب
وكأنها حفلة مشروبات
حيث تريد الرحيل، وكل مرة تخطوا
خطوة نحو الباب
تريد مجموعة أخرى من الناس التحدّث إليك، وتريد أيضًا
التحدّث إليهم، ويمضي
ثلاثون ألف عامٍ حتى تغادر حفلة المشروبات
أي معلومات نستمدّها من ضوء الشمس
عما يدور في اللب
بعمر عشرات آلاف السنوات
لو أردتم الأحداث الجارية، عناوين الأخبار
عما يجري في لب الشمس حاليًا
فليست الفوتونات بطريقة القيام بذلك
تريدون النيوترينات
فما تلك الجسيمات الغامضة؟
النيوترينات تعني حرفيًا جسيم دقيق متعادل"، صحيح؟"
نعتقد أنها لا تحمل في الإجمال شحنة كهربية
وهي بالغة الصغر فندعوها نيوترينات
لا تحب النيوترينات التفاعل مع المادة
إنها تخترق تقريبًا كل شيء
تولّد الشمس نفسها نيوترينات تكفي
لإرسال 60 بليون منها عبر ظفرك
..كل ثانية، وستمضي
..هذا أكثر شيء جنوني
ستمضي عمرك بأكمله دون أن تشعر بواحدة
تتكوّن النيوترينات أثناء تفاعلات الاندماج النووي
..داخل ألباب النجوم تتصادم ذرات الهيدروجين
وتتّحد إلى هيليوم، وتُحرّر فوتونات الضوء والنيوترينات
في لب الشمس
تنفجر القنابل النووية
وكافة تلك التفاعلات النووية تُحرّر النيوترينات
هذه قرابة 10 تريليون تريليون
تريليون نيوترينو ينشأ كل ثانية
تريليونات النيوترينات تنطلق خارج اللب
وعبر 323 ألف ميل
داخل الشمس حتى السطح
لا يلاحظ النيوترينو وجود الشمس حتى
يُبحر قرابة سرعة الضوء
لو تخيلتم طريقًا في اختناقٍ مروري
فتمثّل النيوترينات الدرّاجات التي تدوّي عبر الزحام
النيوترينات الشمسية تُسرع نحو الأرض
أغلبها يعبر إلينا مباشرة
كافة النيوترينات، تريليونات
وتريليونات النيوترينات العابرة بالأرض
كل ثانية
لا تتفاعل الأرض بأكملها
إلا مع نيوترينو واحد من كل عشرة بلايين
لأنها تخترق كل شيء
فيصعب رصدها
أعتبر فيزيائيو النيوترينات صائدي أشباح
عالم فيزياء الجسيمات
لأننا ندرس شيئًا متفلّتًا للغاية حيث يصعب تثبيته ودراسته
صعب، لكن ليس مستحيلاً
يبنما تخترق أغلب النيوترينات الأرض
يرتطم بعضها بالذرات في الكوكب ويمكننا رصد تلك التصادمات
لرصد تلك التصادمات الدقيقة
بنينا رواصد النيوترينات تحت الأرض
بمستشعرات ضخمة مليئة بالكلور
عندما يرتطم النيوترينو بذرة الكلور
يتحوّل إلى أرجون
ثمّ يمكننا التقاط ذرات الأرجون من
من المرصد وعدّها
لنرى عدد النيوترينات التي اصطدمَت بذراتنا
رصدت المستشعرات النيوترينات من الشمس
لكن كانت الأعداد أقل من المتوقع
كانت ترصد المراصد ثُلُث
أعداد النيوترينات التي تنبّأت بها نماذجنا
يسمّى ذلك مشكلة النيوترينات الشمسية
هذه مشكلة كبيرة، تعني إما
أننا نقوم بشيء خاطئ أو فيزياؤنا خاطئة
أين ثُلُثا النيوترينات الشمسية المفقودة؟
ليست في إجازة
فقدها المرصد
لأن بوسع النيوترينات تغيير هويّاتها
اتضح أن بوسع النيوترينات أن تتغيّر
عن النوع الذي يحلّق في الفضاء
ندعو ذلك تغيّر النكهة
تأتي النيوترينات في ثلاث نكهات مختلفة
تخيّلوها كأنواع مختلفة من أوراق اللعب
الشايب هو نيترينو الإليكترون
نيوترينو الميون هو الملكة
والولد هو تاو نيوترينو
تصنع الشمس نيوترينات الإليكترون
وحينما تصل إلى الأرض
قد تكون نكهة مختلفة
عندما ترتحل إلى الأرض
تَلُوح ذهابًا إيابًا
تستبدل هويّاتها
فلن تعلم بالتحديد ما تحصل عليه
حتى تصل إلى الأرض ونلاحظها
قد تكون.. أي شيء
لم تكن المراصد ترى النكهات المختلفة
لكن عندما عايرنا المراصد بدقة
رأينا كافة النيوترينات الشمسية
فكانت هنالك نيوترينات كافية قادمة من
الشمس، لكن لم نرصد إلا ثُلُثها
النيوترينات متغيّرة النكهات أظهرت أن الشمس صحيحة
الهويّات المتغيّرة أجابت أيضًا
على سؤال مهم بخصوص النيوترينات
ألديها كتلة؟
وضّح "آينشتاين" أن الجسيمات دون كتلة هي وحدها
ما ترتحل بسرعة الضوء
وتلك الجسيمات لا تتأثّر بالوقت
لكن بوسع النيوترينات تغيير نكهتها
فلابدّ أن يحدث ذلك بمرور وقت
وهذا يعني أن النيوترينات لا يمكنها الارتحال بسرعة الضوء
فلابدّ وأنّ لها كتلة
عندما بدأ العلماء يفكّرون في النيوترينات أول مرة
اعتقدوا أنها بلا كتلة
وإن لم يمتلك النيوترينو كتلة
فلابدّ وأن يكون ذا نكهة واحدة
أو نوعًا واحدًا من النيوترينات للأبد
أثبتَت التجارب أن لدى النيوترينات كتلة
ولو امتلكَت كتلة فلابدّ وأن تصنع جاذبية
ما يعني أن بإمكانها التأثير على الأشياء حولها
تتورّط النيوترينات في لحظاتِ عنفٍ كوني ضخم
أينما توجد مشكلة في الكون
فتتوقعون سيلاً من النيوترينات
تلك السيول من النيوترينات مفتاحٌ
لبعض أضخم الانفجارات في الكون
ويفترض بحثٌ جديد أنه دونها
لما وُجد نظامٌ شمسي أو كواكب أو حتى نحن
النيوترينات إحدى أصغر الجسيمات في الكون
مع ذلك، يفترض بحثٌ جديد أنها تلعب
دورًا في بعض أضخم أحداث الكون
النجوم المتفجّرة المسمّاة المستعرات العظمى
موت النجوم العملاقة
لكن ثَمّ لغزٌ يحيط
بالنهايات الانفجارية
لماذا تُنهي تلك النجوم العملاقة حيواتها بذلك العنف؟
هذا لغزٌ ضخم في الفيزياء الفلكية
كنا في الطليعة عندما رصدنا
وميضًا ضخمًا من الضوء في سحابة ماجلان العظمى
مجرّة تابعة لدرب التبانة
كان الضوء انفجار مستعرٍ أعظم
،لكن قبل الوميض بثلاث ساعات
،رصد الفلكيون شيئًا آخر
انبعاثٌ من النيوترينات أتى من نفس المنطقة في السماء
كانت تلك المرّة الأولى التي نرى النيوترينات
قادمة من مصدر خلاف الشمس
فلابدّ من وجود رابطة بين النيوترينات
والمستعرات العظمى
لكن.. ما تلك الرابطة؟
عندما ينفد وقود النجم
ينسحق لبّه إلى نجم نيوتروني
ثم ينهار بقية النجم للداخل
ويضرب النجم النيوتروني ويرتدّ
فيُثير مستعرًا أعظم
لكن نماذج الحاسوبات للمستعرات العظمى تكشف مشكلة
لا ينفجر النجم
عندما أجرينا محاكاة الحاسوب لكيفية عمل المستعرات العظمى، فبعد ذلك الارتداد
يتوقف الانفجار، يتلاشى
المستعر الأعظم ليس بتلك العظمة
يحتاج إلى مصدر آخر من الطاقة
لحثّه حتى يصير انفجارًا واقعًا
أيمكن للنيوترينات التي ظهرت قبل
الانفجار أن تكون مصدر تلك الطاقة؟
أولاً، علينا فهم
ما صنع انبعاثَ النيوترينات
ينهار لب النجم للداخل، وفي النهاية
طبقات النجم الخارجية
تسقط نحو ذلك النجم في جزءٍ يمكن تقديره
من سرعة الضوء
عندما ينهار اللب بسرعة
يقوم الضغط الشديد بسحق الذرات معًا
ينسحق ذلك اللب من الحديد
حتى يصير نجمًا نيوترونيًا
الإليكترونات والبروتونات التي تمثّل جزءًا من ذلك اللب
تحت ضغطٍ هائل حيث تندمج معًا لتكوّن
نيوترونات ونيوترينات في تلك العملية
تنطلق النيوترينات من لبّ النجم النيتروني حديث التكوين
حاملة كمية هائلة من الطاقة
تسعة وتسعون بالمئة من الطاقة تحملها النيوترينات
النيوترينات هي الحدث الرئيسي
تريليونات النيوترينات ترتطم
ببقايا النجم المحتضر
وعندما تخرج تلك النيوترينات من منطقة اللب
يتفاعل جزءٌ ضئيلٌ منها مع الغاز
ويقوم ذلك الجزء بتسخين الغاز
كل ما يوجد حول
ذلك النجم النيوتروني الوليد
يَسخن لدرجات عاتية
تصنع الحرارة ضغوطات في الغاز المحيط
تتنامى وتتنامى حتى تثير
موجة صدمية هائلة
ثم الانفجار الفعلي
العرض الناري الفعلي يبدأ
يتفجّر النجم
في إحدى أسطع الأحداث في الكون
تثيرها النيوترينات
نعتقد أنه لولا النيوترينات
لما تواجدَت المستعرات العظمى
ولما تواجدنا أيضًا
تحتوي أجسادنا على عناصر ثقيلة، كالكالسيوم
في عظامنا والحديد في دمائنا
تتكوّن تلك العناصر في المستعرات العظمى
وتتشتّت عبر الكون بالانفجار
النيوترينات ما تُضرم النار
في طَرْق تلك العناصر
ودون النيوترينات لما تواجَدت العناصر
ودون العناصر
لما تواجدَت كواكب كالأرض
ودون كواكب كالأرض، لما تواجدَت حياة
هناك جملة شائعة، نحن غبار نجمي
وهذا صحيح، لكن أودّ الاعتقاد
أننا أشبه أكثر كغبار نيوترينوي
تكشف النيوترينات كيف تتفجّر المستعرات العظمى
وتحذّرنا أيضًا مما توشك على الانفجار
فقد تكون النيوترينات علامات إرشادية خفيّة لشيء بالغ العنف
حدث في الكون، صحيح؟
نرصد انبعاثًا مفاجئًا للنيوترينات
ربما يكون نجمًا انفجر في مستعر أعظم بمكانٍ ما
انبعاثات النيوترينات هي الحارسات الكونية
تحذّرنا من الخطر
النيوترينات بالقطع علامة
لحدوث شيء مقلق
وفي 2017، نيوترينو واحد
أخبرنا عن شيء مقلق للغاية
إحدى أقوى مصادر الإشعاعات
في الكون، وكان يستهدفنا مباشرة
،ربيع 2017
العلماء في القطب الجنوبي يبحثون
عن النيوترينات
تلك الجسيمات الشبحية يصعُب رصدها للغاية
النيوترينات أكثر جسيمات الكون انطواءً
لا تحب التفاعل مع أي شيء
فلو أردتم رصد إحداها
فتحتاجون إلى الكثير من الموادّ
تحتاجون ذرات كثير في بقعة واحدة
فبنى العلماء منشأة
بالكثير من الذرات المتاحة
تسمّى "مكعّب الثلج" بمراصد نيوترينات مدفونة في عمق طبقات الجليد
اتضح أن الماء
مستشعر جيّد للنيوترينات
لالتقاط النيوترينات، عليكم بناء
هدف ضخم بتكلفة معقولة
منطقة ضخمة من الجليد تحقق الهدفين
فتحتاجون إلى الكثير من الماء بالغ النقاء
ما أنقى مصدر مياه على الأرض؟
صفيحة القطب الجنوبي الجليدية
راصد مكعب الثلج القطبي الجنوبي
يتّسع 3280 قدمًا
هذا يقارب طول تسعة ملاعب كرة قدم
،يحتوي على 500 مستشعر تحيط بها ذرات مياه
أكثر من النجوم في الكون
،22سبتمبر 2017
يرصد مكعّب الثلج نيوترينو يصطدم بذرة مياه
عندما يرتطم نيوترينو بذرة جليد داخل مكعب الثلج
يتطاير جسيمٌ مشحون
وهذا الجسيم المشحون ما يصنع إشارة
يمكننا رصدها
الجسيم المنقذف يبدو وأنه يرتحل
أسرع من سرعة الضوء
للوهلة الأولى، يبدو وأنه يخرق
شيئًا بالغ الأهمية
في الفيزياء، أنه لا ينتقل شيء أسرع من الضوء
لكن يتباطأ الضوء عندما ينتقل في وسطٍ
مثل الماء أو الهواء، ومن الممكن
لأشياءٍ أخرى، أو جسيمات أخرى، أن تسبق الضوء
في وسطٍ
عندما يُسرع عبر الجليد
يولّد الجسيم انبعاثًا من الضوء الأزرق يسمّى
إشعاع شيرينكوف
إنه أشبه بانفجارٍ صوتي
لو ارتحلتم أسرع من الصوت
فتحدث فرقعة، صحيح؟ - عندما تسمعون تلك الفرقعة -
ترون أيضًا مخروط الرياح
الأمر ذاته مع إشعاع شيرينكوف
لديكم مخروط الضوء
تحمل النيوترينات كميات مختلفة من الطاقة
،بعضها، مثل نيوترينو 2017
يحمل كثيرًا
وتعتمد طاقة النيوترينو على مصدره
النيوترينات عالية الطاقة الصادرة من أحداث عالية الطاقة
فإننا نبحث عن مادة تتفجّر
نبحث عن مواد تتصادم
نبحث عن مواد تتصادم وتتفجّر
نبحث عن أشياءٍ رائعة
الانبعاث الأزرق لإشعاع شيرينكوف
يُعطينا دلالة عن أصل النيوترينو المرعب
يمكننا تتبّع مسار ذلك الضوء الأزرق
ويمكننا النظر للخلف لنرى مصدر النيوترينو
نتعقب النيوترينو
إلى مجرّة تبعد ستّ بلايين سنة ضوئية
يقبع في قلبها أحد أقوى الأجرام في الكون
نجمٌ زائف
النجم الزائف أضخم وأسوأ هيئة من
الثقب الأسود فائق الضخامة نشط التغذية
حيث لا تسقط المواد وحسب في الثقب الأسود
بل تدور فتصنع قرصًا مُزوّدًا عالي الطاقة
القرص المزوّد للنجم الزائف يدور بسرعة ملايين الأميال في الساعة
ليُشحن جسيمات الغاز والغبار
يولّد القرص أيضًا حقولاً مغناطيسية
والتي تلتوي وتتشابك في دورانها حول الثقب الأسود
بسبب وجود حقولٍ مغناطيسية منحرفة حوله
فتولّد أيضًا مجالاتٍ كهربية
بوسع المجالات الكهربية تسريع الجسيمات المشحونة على طول الحقول المغناطيسية
فتصنع الكثير من الجسيمات
والإشعاع التي تخرج من المنفثين
يتفجّر المنفاثان
من قطبي الثقب الأسود
إنها أقوى مصادر الإشعاع
التي يمكن للكون توليدها
وتتّجه صوبنا من على بُعد بلايين
السنوات الضوئية
أتقوم المنافث بصُنع النيوترينات القوية؟
هذا لغز
لبعض الوقت، كان يُعتقد
أن النيوترينات تُصنَع مباشرة من المنافث
لكن نعتقد الآن أن المادّة
مثل البروتونات تأتي من القرص المزوّد
وترتطم ببعضها
وهذا ما يصنع النيوترينات
تتسارع الجسيمات حول القرص المزوّد
مصطدمة بقاع المنفث
الطاقة الهائلة هناك تسحق الجسيمات معًا
لتصنع النيوترينات
يقوم المنفثان بتركيز سيلٍ من
النيوترينات ويوجّهانها مباشرة صوب الأرض
..برصد نيوترينو واحد
نتمكّن من رؤية الكثير من المعلومات من
آليات العمل الداخلية لجسيمٍ خارج مجرّتنا
والمثير بخصوص النيوترينات
أن بوسعها التحديق نحو المجهول
نستخدم حاليًا النيوترينات لنَسْبر أغوار الكون
نعود إلى الثانية الأولى من الانفجار العظيم
..لنجيب على أكبر الأسئلة كافة
كيف نتواجد، ولماذا؟
النيوترينات مفتاح فهمنا
لآلية عمل الكون
ترينا أن الشمس صحيحة
إنها ما تثير انفجار المستعرات العظمى
وتكشف موقع النجوم الزائفة القاتلة
وقد تحلّ الآن شيئًا لا يزال
..يحيّر الفيزيائيين كيف تواجدنا
حقيقة امتلاء الكون بالمادة أمر محيّر
لابدّ من وجود كميات متساوية من المادة
والمادة المضادة في البداية
وكان ينبغي أن يُبيدا بعضهما
لينتجان طاقة مجرّدة
فلماذا نتواجد؟
هذا سؤال أساسي
لأنه سؤال عن سبب وجود شيء دون عَدَمه
لإجابة ذلك السؤال، علينا
أن نرجع بالزمن
إلى قرابة 14 بليون عام إلى مولد الكون
نقطة من الطاقة ترسل شررًا إلى الوجود
تلك الطاقة تبرد وتكوّن جسيمات دقيقة
أولية من المادة، بما فيها النيوترينات
الوحدات البنائية لكل ما نراه اليوم
يبدو الكون الوليد فوضويًا
لكنه يؤسّس سريعًا قواعد راسخة
من ضمنها التماثل
كوننا مليء بالمتماثلات
هناك شحنات كهربية موجبة
وشحنات كهربية سالبة
هناك الشيء وضدّه
هناك أيضًا المادة والمادة المضادّة
يلتزم الانفجار العظيم بقاعدة التماثل
وصنع نفس القَدر من شكلي المادة
الآليات التي لدينا لتكوين المادة
في الكون الوليد تصنع كمية مماثلة من المادة المضادة
تأصَّل التماثل في قوانين الفيزياء
تنصّ قوانين الفيزياء أيضًا
..أنه متى تلاقت المادة والمادة المضادة
يتطاير الشرر
لذا فمتى تتلامس المادة والمادة المضادة فإنهما تَفْنيان
تختفيان في ومضة طاقة
وبقدر ما نفهم، في أولى لحظات الكون
نشأَت المادة والمادة المضادة
بكميات متساوية
فكان ينبغي لهما الفناء
فلا تخلّفان سوى الطاقة
ما يعني عدم وجود مادة أو مادة مضادة أو غاز
أو غبار أو نجوم أو مجرات أو حياة، لاشيء
فازت المادة بطريقة ما بالمعركة
أمام المادة المضادة في الكون المبكّر
بطريقة ما
تجاهَل الكون قاعدة التماثل
ساق شيءٌ الكون لعدم التوازن
لابدّ من خَرقٍ
لهذا التوازن الأساسي في كوننا
بتلك الطريقة، عندما تقابلت المادة والمادة المضادة
،وأبادا بعضهما فبسبب وجود مادة أكثر
فكانت هناك بقايا متخلّفة من المادة
ولم توجد مادة مضادة
كيف خرق الانفجار العظيم
التماثل بين المادة والمادة المضادة؟
،إننا نبحث إذًا عن أي تفاعل
أي عملية كانت حيث تسلُك المادة
سلوكًا مختلفًا قليلاً عن المادة المضادة
نحاول العثور على مخرج في الفيزياء
لا يمكننا البحث عن ذلك المخرج مباشرة
لأننا لا نرى الانفجار العظيم
لكن يمكننا إعادة صنعة
ونعتقد أن النيوترينات متورّطة
هذا بالغ التعقيد
إننا نغوص عميقًا في أحشاء
الفيزياء الأساسية، وليس مشهدًا جميلاً
أجرى العلماء اليابانيين تجربة
تسمّى تي كي تو
أعادوا صنع جزءٍ من الانفجار العظيم
بدراسة النيوترينات
وتوأمها المتماثل، النيوترينات المضادة
الهدف.. لنرى إن قامت النيوترينات المضادة بتغيير
هويّتها أو نكهتها بنفس معدّل النيوترينات العادية
يجب أن تتصرف المادة والمادة المضادة بالمثل تمامًا
لكننا وجدنا شيئًا شيّقًا في تلك التجربة
خرقت الجسيمات التماثل
غيّرَت النيوترينات والنيوترينات المضادة النكهة بمعدلات مختلفة
هذا مثال واضح
للمادة تسلك منحنىً مختلفًا عن المادة المضادة
وغيّر ذلك فهمنا جذريًا
عن معلومات الجسيمات إبّان الانفجار العظيم
ما حدث في الكون الوليد
أن تحوّلَت النيوترينات إلى مادة
أكثر من تَحوّل النيوترينات المضادة إلى مادة مضادة
وبتلك الطريقة، ننتهي بفائض للمادة
عن المادة المضادة
حتى لو كان الفائض
جسيمًا واحد في البليون
فكان يكفي لبناء الكون
لذا فإن النيوترينات في الكون الوليد
ربما حلّت مشكلة تماثل المادة والمادة المضادة
،أجل، تُسبّب الدمار
أحيانًا تُفجّر نجمًا
لكن في النهاية أنقذَت
الكون بأكمله
يأمل العلماء حاليًا أن تحلّ النيوترينات
..إحدى أكبر الألغاز في الكون
ماهية المادة المظلمة
تواجدَت النيوترينات منذ مولد الكون
لربما كانت مسؤولة حتى عن تكوين المادة
نتحرّى الآن إن كانت تلعب دورًا أكبر في تطوّر الكون
تكوين الشبكة الكونية
بأضخم المقاييس في كوننا
تنتظم المجرات في نسقٍ مميّز
نرى خيوطًا طويلة رفيعة من المجرات
وعند التقاطعات نرى مجموعات كثيفة من المجرات
تسمّى العناقيد
بينها، نرى مناطق شاسعة فارغة تسمّى الفراغات الكونية
لوقتٍ طويل، كانت نشأة الشبكة الكونية وتماسكها لغزًا
إحدى الألغاز الحقيقية عن وجودنا
سبب قدرة الكون على التماسك في الأساس
انتشرت كافة المادة
وتناثرَت لتُكوّن المجرات أو النجوم
بالمقابل، ساعدها شيء على تماسكها معًا
نعتقد الآن أن اللاصق الذي يربط الشبكة الكونية
مادة غامضة معروفة بالمادة المظلمة
لو لم تتواجد المادة المظلمة في باكورة الكون
لما كان هناك بُنيان في الأساس
،لكن ما معمار الكون هذا
تلك المادة المظلمة؟
المادة المظلمة مادة ..خفية لا يمكننا رؤيتها
فأنا وأنتم وكافة الجسيمات، وكل ما نراه
قرابة 5% فقط من المادة الفعلية في الكون
الباقي مادة مظلمة
المادة المظلمة اسم خيالي
لشيء لا نفهمه
ما نعرفه وجود
مادة إضافية أكثر من التي نراها
لكن ليس لدينا فكرة عن ماهيتها
إنها إحدى أعظم الألغاز المستمرّة في العلم
لا تكاد تتفاعل المادة المظلمة مع أي شيء
..أشبه بالنيوترينات ،وكحال النيوترينات
كانت المادة المظلمة وفيرة ونشطة في الكون الوليد
فهل تكون النيوترينات والمادة المظلمة نفس الشيء؟
لا نعلم ماهية المادة المظلمة
لكن نعلم مسلكها
وتبدو النيوترينات مرشحًا جيدًا
لأنها مظلمة
إنها بكل مكانٍ في الكون
ولا تعبث كثيرًا
..وضئيلة، ونعني ضئيلة بالفعل
تزن النيوترينات أقلّ من حبةِ رمالٍ 10 بليون بليون بليون مرة
لكن النيوترينات وفيرة للغاية
ولأنها وفيرة
فإن كتلتها المنفردة الصغيرة قد تتراكم
إلى كتلة منتشرة على مقياس ضخم
لنتحرّى إن كانت النيوترينات والمادة المظلمة نفس الشيء
علينا أن نعود إلى الانفجار العظيم
عندما تّوسّع الكون وبَرد نشأت المادة الأولية
بما فيها المادة المظلمة وتريليونات النيوترينات
تراصّت المادة المظلمة معًا، لتُكوّن مناطق
من جاذبية أعلى، والتي جذبت المادة العادية
أنشأت بنيانًا -سقالة- سمحت
للمادة العادية أن تبدأ ثقاليًا
بالتجمّع والانهيار إلى مجرّات
ونجوم وكواكب
هل قامت الكتلة الإجمالية للنيوترينات في الكون المبكّر
بإنتاج جاذبية إضافية للمساعدة
في تكوين الأجرام؟
أيمكن أن تكون هي المادة المظلمة؟
تلك الجسيمات الضئيلة الدقيقة
لكن الوفيرة في الكون
..ونعلم المزيد
ليس كل شيء.. نعلم عن النيوترينات أكثر من المادة المظلمة
لكن ثَمّ سؤال، هل النيوترينات نوعٌ خاصّ من المادة المظلمة أم لا؟
لإجابة ذلك السؤال، علينا معرفة
النوع الخاص من المادة المظلمة ..المتواجدة في الانفجار العظيم
ساخنة أم باردة
يتحدّث البعض عن المادة المظلمة الساخنة
والمادة المظلمة الباردة
وفي الواقع، يَرمُز ذلك لسرعة الجسيمات أنفسها
المادة المظلمة الباردة تتحرّك ببطء
وتتحرّك المادة المظلمة الساخنة بسرعة
هذا التباين في السرعة دليلٌ هام
إن كانت النيوترينات تؤلّف المادة المظلمة
،مع المادة المظلمة الساخنة والباردة
طريقة تفاعلهما مع المادة العادية
لها علاقة بسرعتهما
إنه لتشبيه جيّد أن نفكّر بالنهر
مع المادة المظلمة الساخنة يوجد تيارٌ
يتحرّك في الأساس سريعًا
لا يتصل حقيقة بأي شيء
يمضي وحسب في طريقه
فلا توجد فرصة لأن يكوّن تركيبًا أكبر
لو لديك مادة مظلمة بطيئة التحرّك نسبيًا
مادة مظلمة باردة، فتخيّلوا النهر البطيء
يبدأ النهر البطيء بترسيب الطمي
تخيّلوا ذلك الطمي بلايين
المجرّات التي تؤلّف الشبكة الكونية
لاحظنا أن المجرات نشأَت مبكّرة للغاية في الكون، وهذا لصالح
المادة المظلمة الباردة دون المادة المظلمة الساخنة
فنعتقد أن المادة المظلمة الباردة
كانت تهيمن على تكوين الأجرام
في الكون المبكّر
لكن البارد والبطيء لا يصفان النيوترينات
تتحرّك بسرعة عالية قرابة سرعة الضوء
هذه مشكلة مع النيوترينات
لأن النيوترينات ستكون المادة المظلمة الساخنة
وهذا يُقصي النيوترينات كمادة مظلمة باردة
فكرة أن النيوترينات مادة مظلمة
تقف أمام عقبة أخرى عندما وَزنّا الكون
لو أضفتم الكتلة الإجمالية لكافة النيوترينات
في الكون، لانتهت إلى
قرابة 0.5% إلى 1.5% من الكتلة الإجمالية للمادة المظلمة
كانت النيوترينات مرشحًا جيدًا
للمادة المظلمة، لأنها تتواجد
وانطوائية مثل جسيمات المادة المظلمة تمامًا
لكن تمكّنّا بدقة من قياس
كمية المادة المظلمة وكمية النيوترينات هناك
وكانت النيوترينات أقلّ بكثير من المادة المظلمة
يبدو أن الأمر انتهى
لكن لم يستسلم متعقّبو النيوترينات
البحث مستمرّ عن نوعٍ جديد غامض من النيوترينات
نوعٌ يحلّ لغز المادة المظلمة
لعبَت النيوترينات دورًا ضخمًا في تشكيل
الكون الوليد
ساعدَت المادة وهزمت المادة المضادة
وصَنَع الكونُ الأجرام
قادنا ذلك إلى التساؤل إن كانت النيوترينات هي المادة المظلمة
لكن عندما قمنا بوزن الكون
فلم يكتمل العدد
لدى النيوترينات كتلة، وهناك الكثير منها
فقد تتألّف نسبة ضئيلة من المادة المظلمة من النيوترينات
لكن نعلم أنها
لا تؤلّف معظم المادة المظلمة
لابدّ وأنه شيء آخر
لذا يبحث علماء النيوترينات عن منافس مختلف للمادة المظلمة
نوعٌ جديد تمامًا من النيوترينات
..نعلم عن نكهات النيوترينات الثلاثة
نيوترينو الإليكترون
نيوترينو الميون و تاو نيوترينو
لكن قد تتوارى نكهة رابعة
من النيوترينات تحلّ لغز المادة المظلمة
ندعوه النيوترينو الخامل
سمّيت بذلك لأنها تتفاعل
أقلّ حتى من النيوترينات العادية
جسيم بالغ الصغر ويصعب رصده اتضح
أن له أسرارًا كثيرة متوارية داخله
عن آلية عمل الكون
الخطوة الأولى لمعرفة إن كانت النيوترينات الخاملة هي المادة المظلمة
إثبات وجودها
وهذا صعب
رغم أن النيوترينات الخاملة يستحيل رصدها غالبًا
فلا نزال نبحث عنها
في السابق، قيل أيضًا أن النيوترينات يصعب رصدها
،محاولة البحث عن المادة المظلمة ،محاولة البحث عن تلك النيوترينات الخاملة
أشبه باستخدام شيء خفي غير مرصود للعثور على آخر
كاستخدام شبح للعثور على غول
إننا ندفع حدود علمنا
لدى فريق في "فيرمي لاب" فكرة بارعة
لا يمكنهم رصد النيوترينات الخاملة مباشرة
لأنها لا تتفاعل مع الذرات في المراصد
فيبحثون عن النيوترينات
عندما تغيّر نكهتها إلى نيوترينات خاملة
نعلم أنه في العادة تُغيّر النيوترينات نوعها
وهي تتحرك عبر الفضاء
لكن عليها الانتقال بعيدًا بما يكفي قبل أن يحدث ذلك التغيير
فتعقّب النيوترينات على مسافات قصيرة لن يُظهر أي تغييرٍ بالنكهة
في تلك التجربة، شيّدوا
ممرًا بطول نصف ميلٍ فقط
ليس وقتًا كافيًا للنيوترينات
حتى تغيّر نكهتها بالطريقة المعهودة
لو أبصروا شيئًا، أو شاهدوا تغييرًا
فسيكون منحًى مثيرًا، ربما دليل على النيوترينات الخاملة
فهل من الممكن في المسافات القصيرة
أن تتقلّب النيوترينات العادية إلى هذا النيوترينو الخامل؟
أطلق الفريق آشعة من نكهة نيوترينات
ميون على طول المرصد
نظريًا، لن يتسنّى لها وقتٌ لتغيير النكهة
سنرى إن تمكّنت نيوترينات الميون
من التشكّل إلى نوعٍ مختلف من النيوترينات
لا ينبغي أن تتغيّر، لكن لو تغيّرَت
فسيوجّهنا ذلك صوب النيوترينات الخاملة
قارن الفريق أعداد
نيوترينات الميون الواصلة إلى المراصد
بالتي أُطلقت على طول الشعاع
نيوترونات ميونٍ أقل ارتطمت بالمراصد
غيّرَت بعض النيوترينات نكهتها
لذا نرى هذا التقلّب من النيوترينات، تتغيّر من نوعٍ لآخر
لدينا فكرة عن العدد ،الذي كان ينبغي علينا رؤيته
لكننا نرى المزيد
وقد تكون تلك نيوترينات خاملة
إن تواجدَت النيوترينات الخاملة
أتكون المادة المظلمة؟
حاليًا، لا نعلم ،كتلة النيوترينات الخاملة
لكن لو كانت ثقيلة بما يكفي فقد تكون منافسة
لو تواجدَت، فهي منتشرة بما يكفي لتفسّر
كل المادة المظلمة في الكون
نتائج "فيرمي لاب" لم يتحقق منها
علماءٌ آخرين
فإنه قبل الأوان أن نقول
قطعًا أن النيوترينات الخاملة حقيقية
أو أنها تؤلّف المادة المظلمة
المادة المظلمة ربما إحدى
أكبر الأسئلة في عصرنا
"وحقيقة أن "فيرمي لاب
ربما تكون إحدى البقاع التي تجيب هذا السؤال
وحقيقة أنّي أعمل هنا أمر عظيم
لأننا نحاول المستحيل
علينا الانتظار لنرى إن كان المستحيل ممكنًا
نعلم أن النيوترينات لعبت دورًا حيويًا
في تاريخ كوننا
وحتى الآن تجدّده بإثارة المستعرات العظمى
دونها، لما نشأت شمسنا وعالمنا وحتى أجسادنا
النيوترينات جسيمات دقيقة مزعجة ومتلّمصة للغاية
ويصعب دراستها، لكن متى تمسكون بها
تَعرض أسرارًا للكون
قصة النيوترينات كانت شيّقة
كأنها قراءة كتاب
وتعتقد أنك في الصفحة الأخيرة، ثمّ تقلبها
فتجد فجأة مئة صفحة جديدة
تُعلّمنا النيوترينات أن الكون
من كافة النواحي متقَن ويصعب اكتشافه
وكلما تَعلّمنا تلك الأشياء
تَعلّمنا المزيد عن الكون
النيوترينات فنانات الكون في الهروب الكبير
هوديني=ساحرة" الجسيمات"
في الحقيقة، لربما ساعدَتنا
بالإفلات من الانفجار العظيم وننتهي بالتواجد
في النهاية، إنها ما تنقذنا
كلما فهمنا تلك الجسيمات المراوِغة
تَبصّرنا أكثر في آلية عمل الكون
فهي رائعة للغاية
تـرجمة: د.سـامح نـور drsamehnour@gmail.com