علماء فيزياء على وشك اكتشاف القوة الخامسة للطبيعة.. فما هي القوى الأربع؟!

كشف علماء الفيزياء أن النظرية المحيرة القائلة بإمكانية وجود قوة خامسة من الطبيعة تم تعزيزها بفضل التذبذب غير المتوقع لجسيم دون ذري. ووفقاً للفهم الحالي، هناك 4 قوى أساسية في الطبيعة، ثلاث منها - القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية والضعيفة - موضحة بالنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

ومع ذلك، فإن النموذج لا يفسر القوة الأساسية الأخرى المعروفة، أو الجاذبية، أو المادة المظلمة - وهي مادة غريبة وغامضة يعتقد أنها تشكل حوالي 27% من الكون. ويعتقد الباحثون الآن أنه يمكن أن تكون هناك قوة أساسية خامسة أخرى للطبيعة. قال الدكتور ميتش باتيل، من إمبريال كوليدج لندن: "نحن نتحدث عن قوة خامسة لأننا لا نستطيع بالضرورة شرح السلوك [في هذه التجارب] مع الأربع التي نعرف عنها".

النتائج التجريبية

تأتي البيانات من التجارب التي أجريت في منشأة "Fermilab" الأميركية لمسرع الجسيمات، والتي استكشفت كيفية تحرك جسيمات دون ذرية تسمى الميونات - تشبه الإلكترونات، ولكنها أثقل بحوالي 200 مرة - في مجال مغناطيسي. وقال "باتيل"، إن الميونات تتصرف قليلاً مثل قمة الطفل الدوارة، في الدوران حول محور المجال المغناطيسي. ومع ذلك، عندما تتحرك الميونات، فإنها تتمايل. يمكن توقع تردد هذا التذبذب بواسطة النموذج القياسي. لكن لا يبدو أن النتائج التجريبية من مختبر "FermiLab" تتطابق مع تلك التوقعات.

الواقع والتنبؤ القياسي للحركة

وتبسيطاً للفكرة، فإن الاختلاف في طريقة حركة جسيم معين بين الواقع والتنبؤ القياسي للحركة، تكشف عن تأثير لقوى خفية تعمل على حدوث هذا الاختلاف، ولكن المشكلة في أن العلماء لم يتوصلوا بعد إلى ماهيتها، إذ أنها ليست واحدة من القوى الأربع الطبيعية المعروفة حالياً.

وقال البروفيسور من جامعة كوليدج لندن، جون باتروورث، والذي يعمل على تجربة أطلس في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في سيرن: "يرجع التذبذب إلى الطريقة التي يتفاعل بها الميون مع المجال المغناطيسي. يمكن حسابها بدقة شديدة في النموذج القياسي، لكن هذا الحساب يتضمن حلقات كمومية، مع ظهور جسيمات معروفة في تلك الحلقات. وأضاف: "إذا كانت القياسات لا تتوافق مع التنبؤ، فقد يكون ذلك علامة على وجود جسيم غير معروف يظهر في الحلقات - والتي يمكن، على سبيل المثال، أن تكون حاملة لقوة خامسة". وتتبع النتائج العمل السابق من "FermiLab" الذي أظهر نتائج مماثلة.

حالة من عدم اليقين

لكن باتيل أشار إلى أنه بين النتائج الأولى والبيانات الجديدة، ازداد عدم اليقين حول التنبؤ النظري للتردد. وقال إن هذا يمكن أن يغير الوضع. قال باتيل: "ربما ما يرونه هو التفكير العلمي القياسي - ما يسمى بالنموذج القياسي". هناك قضايا أخرى. قال بتروورث: "إذا تم تأكيد التناقض، فسنكون على يقين من أن هناك شيئاً جديداً ومثيراً، لكننا لن نكون متأكدين تماماً من ماهيته.

"من الناحية المثالية، من شأن التناقض أن يخبرنا بأفكار نظرية جديدة من شأنها أن تؤدي إلى تنبؤات جديدة - على سبيل المثال، كيف يمكن أن نجد الجسيم الذي يحمل القوة الجديدة، إذا كان هذا هو ما هو عليه. سيكون التأكيد النهائي بعد ذلك هو بناء تجربة لاكتشاف هذا الجسيم مباشرة". لم تكن التجارب في Fermilab هي الوحيدة التي توحي بإمكانية وجود قوة خامسة: فقد أنتج العمل في LHC أيضاً نتائج محيرة، وإن كان ذلك بنوع مختلف من التجارب التي تبحث في معدل إنتاج الميونات والإلكترونات مع تحلل جسيمات معينة.

القياس إنجاز عظيم

لكن باتيل، الذي عمل في تجارب LHC، قال إن هذه النتائج أصبحت الآن أقل تماسكاً. وأضح: "أنها تجارب مختلفة، تقيس أشياء مختلفة، وقد يكون هناك اتصال بينها أو لا يكون". وأضاف بتروورث أن التردد غير المتوقع لتذبذب الميونات كان من أطول التناقضات والأكثر أهمية بين القياس والنموذج القياسي. قال: "القياس إنجاز عظيم، ومن غير المرجح أن يكون مخطئاً الآن". "لذلك إذا تم تسوية تنبؤات النظرية، فقد يكون هذا بالفعل أول دليل مؤكد لقوة خامسة - أو شيء آخر غريب يتجاوز النموذج القياسي".