في مؤتمرين منفصلين في يوليو ، أعلن علماء فيزياء الجسيمات عن بعض الأخبار المثيرة حول بوزون هيغز ، وبينما لم يتم العثور على هيجز بعد ، يواصل الفيزيائيون التركيز على الجسيم المراوغ. أتيحت الفرصة لـ Universe Today للتحدث مع البروفيسور براين كوكس حول هذه النتائج الأخيرة ، ويقول إنه في غضون ستة إلى اثني عشر شهرًا ، يجب أن يكون الفيزيائيون قادرين على الإدلاء ببيان محدد حول وجود جسيم هيغز. كوكس هو رئيس قسم فيزياء الجسيمات بجامعة مانشستر ، ويعمل في تجربة أطلس (جهاز حلقي LHC) في مصادم الهادرون الكبير في سيرن. لكنه نشط أيضًا في نشر العلم ، وتحديداً مع علمه مسلسل تلفزيوني جديد و كتاب مصاحب عجائب الكون متابعة لسلسلة 2010 الحائزة على جائزة Peabody ، عجائب النظام الشمسي.
ستتاح لقراء Universe Today فرصة للفوز بنسخة من الكتاب ، لذا ترقبوا المزيد من المعلومات حول ذلك. لكن اليوم ، استمتع بأول مقابلة من ثلاثة أجزاء مع كوكس:
الكون اليوم:هل يمكنك إخبارنا عن عملك مع ATLAS وإمكاناته في العثور على أشياء مثل الأبعاد الإضافية أو توحيد القوى أو المادة المظلمة؟
بريان كوكس خلال تصوير أحد مسلسلاته التلفزيونية. الصورة مجاملة من براين كوكس.
بريان كوكس:السؤال الكبير هو أصل الكون وكتلته. إنها مهمة جدًا جدًا لأنها ليست غاية في حد ذاتها. إنها جزء أساسي من نظرية المجال الكمي ، وهي نظريتنا لثلاثة من قوى الطبيعة الأربعة. لذلك إذا طرحت السؤال عن المستوى الأساسي لكيفية عمل الكون ، فهناك ركيزتان فقط لفهمنا في الوقت الحالي. هناك نظرية أينشتاين العامة نسبيًا ، والتي تتعامل مع الجاذبية - أضعف قوة في الكون تتعامل مع شكل المكان والزمان وكل هذه الأشياء. لكن كل شيء آخر - الكهرومغناطيسية ، طريقة عمل النوى الذرية ، طريقة عمل الجزيئات ، الكيمياء ، كل ذلك - كل شيء آخر هو ما يسمى نظرية المجال الكمي. جزء لا يتجزأ من ذلك يسمى النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. وجزء لا يتجزأ من ذلك هو آلية توليد الكتلة ، وهي أساسية للغاية. إنها ليست مجرد إضافة مثيرة للاهتمام ، إنها في صميم الطريقة التي تعمل بها النظرية.
لذا ، فإن فهم ما إذا كانت صورتنا الحالية للكون صحيحة - وإذا كان هناك شيء يسمى آلية هيغز أو ما إذا كان هناك شيء آخر يحدث - هو أمر بالغ الأهمية لتقدمنا لأنه مدمج في تلك الصورة. هناك تلميحات في البيانات مؤخرًا تفيد بأن هذه الآلية ربما تكون صحيحة. علينا أن نكون حذرين. إنه ليس شيئًا علميًا أن نقول إن لدينا تلميحات. لدينا هذه العتبات للاكتشاف العلمي ، ولديناها لسبب ما ، لأنك تحصل على هذه الأخطاء الإحصائية التي تظهر في البيانات وعندما تحصل على المزيد من البيانات فإنها تختفي مرة أخرى.
البيان من CERN الآن هو أنه إذا تبين أنها أكثر من مجرد تقلبات ، فعليًا ، في غضون ستة أشهر ، يجب أن نكون قادرين على إصدار بيان محدد حول وجود جسيم هيغز.
أعتقد أنه من المهم جدًا التأكيد على أن هذا ليس فقط الكثير من علماء فيزياء الجسيمات يبحثون عن الجسيمات لأن هذه هي وظيفتهم. إنه الجزء الأساسي من فهمنا لثلاث من قوى الطبيعة الأربع.
بريان كوكس في فيرميلاب. تصوير بول أولدينغ.
خارج:لذا فهذه النتائج مثيرة جدًا للاهتمام من CERN و تيفاترون في فيرميلاب بإعطائنا تلميحات حول Higgs ، هل يمكنك التحدث أكثر قليلاً عن ذلك وعن رأيك بآخر النتائج؟
كوكس:تم نشر أحدث النتائج في مجموعة من المؤتمرات قبل بضعة أسابيع وهي أقل بقليل مما يسمى بمستوى Three Sigma. هذه هي طريقة تقييم مدى أهمية النتائج. الشيء في كل نظرية الكم وفيزياء الجسيمات بشكل عام ، أنها كلها إحصائية. اذا فعلتهذهألف مرة ، ثم ثلاث مراتهذهيجب أن يحدث ، وثماني مراتالذي - التييجب أن يحدث. إذن ، كل الإحصائيات. كما تعلم ، إذا رميت عملة معدنية ، فقد تظهر على الوجه عشر مرات ، وهناك احتمال لحدوث ذلك. هذا لا يعني أن العملة ثقيلة أو أن هناك خطأ ما بها. هذا هو بالضبط ما هي الإحصائيات.
لذلك هناك تلميحات مثيرة للاهتمام بأنهم وجدوا شيئًا مثيرًا للاهتمام. أبلغت كلتا التجربتين في مصادم هادرون الكبير ، وأطلس وملف لولبي صغير الحجم (CMS) مؤخرًا عن 'أحداث زائدة' حيث كانت هناك أحداث أكثر مما كان متوقعًا إذا لم يكن هيجز موجودًا. يتعلق الأمر بالكتلة الصحيحة: نعتقد أن جسيم هيغز يجب أن يكون في مكان ما بين حوالي 120 و 150 جيجا إلكترون فولت [GeV - وحدة طاقة هي أيضًا وحدة كتلة ، عبر E = mc2 ، حيث سرعة الضوء ، ج ، تم ضبطه على قيمة واحدة] وهو النطاق الكتلي المتوقع لهيجز. تبلغ هذه التلميحات حوالي 140 ، لذا فهذا جيد ، حيث يجب أن يكون ، وهو يتصرف بالطريقة التي تنبأت بها النظرية. تتنبأ النظرية أيضًا كيف يجب أن تتحلل ، وما هو الاحتمال الذي يجب أن يكون عليه ، لذا فإن جميع البيانات هي أن هذا يتوافق مع ما يسمى بالنموذج القياسي Higgs.
لكن حتى الآن ، هذه الأحداث ليست مهمة بشكل ثابت بما يكفي لإجراء المكالمة. من المهم أن Tevatron قد لمحها أيضًا ، لكن هذا أقل أهمية لأن ذلك كان منخفض الطاقة وليس العديد من الاصطدامات هناك. لذلك عليك أن تكون علميًا بشأن الأشياء. هناك سبب لوجود هذه الحواجز. يجب مسح هذه العتبات للمطالبة بالاكتشافات. ولم نوضحها بعد.
لكنها رائعة. إنها المرة الأولى التي تكون فيها إحدى هذه الشائعات ، كما تعلمون ، ليست مجرد هراء. إنها حقًا قطعة حقيقية من الفيزياء المثيرة. لكن عليك أن تكون علميًا بشأن هذه الأشياء. ليس الأمر أننا نعلم أنه موجود ولن نعلن عنه بعد. إنها الإحصائيات ليست هنا حتى الآن لتدعى الاكتشاف.
بريان كوكس أثناء تصويره لأحد مسلسلات البي بي سي بالصحراء. الصورة مجاملة من براين كوكس
خارج:حسنًا ، كان سؤالي التالي هو ، ماذا سيحدث بعد ذلك؟ ولكن ربما لا يمكنك الإجابة عن هذا السؤال حقًا لأن كل ما يمكنك فعله هو الاستمرار في إجراء البحث!
كوكس:الشيء الذي يدور حول هيجز ، هو جزء لا يتجزأ من نظرية الكم. عليك أن تستكشفه لأنه من الأشياء أن ترى تلميحًا لجسيم جديد ، لكن فهم كيف يتصرف هذا الجسيم شيء آخر. هناك العديد من الطرق المختلفة التي يمكن أن تتصرف بها جسيمات هيغز وهناك الكثير من الآليات المختلفة.
هناك نظرية شائعة جدًا تسمى التناظر الفائق والتي من شأنها أيضًا تفسير المادة المظلمة ، وهي واحدة من أكبر الألغاز في الفيزياء الفلكية. يبدو أن هناك الكثير من الأشياء الإضافية في الكون لا تتصرف بالطريقة التي تتصرف بها جسيمات المادة التي نعرف أنها تتصرف ، وبخمسة أضعاف 'الأشياء' التي تشكل كل شيء يمكننا رؤيته في الكون. لا يمكننا رؤية المادة المظلمة ، لكننا نرى تأثير جاذبيتها. هناك نظريات حيث لدينا مرشح قوي جدًا لذلك - نوع جديد من الجسيمات يسمى جسيمات التناظر الفائق. هناك خمسة جسيمات هيغز فيها بدلاً من واحد. لذا فإن السؤال التالي هو ، إذا كان هذا هو الجسيم الشبيه بهيجز الذي اكتشفناه ، فما هو إذن؟ كيف تتصرف؟ كيف تتحدث مع الجسيمات الأخرى؟
ثم هناك كم هائل من الأسئلة. لا تفسر نظرية هيجز كما هي الآن سبب امتلاك الجسيمات للكتل التي تمتلكها. إنه لا يفسر سبب كون كوارك القمة ، وهو أثقل الجسيمات الأساسية ، أثقل بمقدار 180 مرة من البروتون. إنه شيء صغير يشبه النقطة ليس له حجم ولكن كتلته تبلغ 180 ضعف كتلة البروتون! هذا أثقل من بعض أثقل النوى الذرية!
لماذا ا؟ لا نعلم.
أعتقد أنه من الصحيح أن نقول إن هناك بابًا يجب فتحه مغلقًا في فهمنا للكون لعقود. إنه أمر أساسي لدرجة أننا يجب أن نفتحه قبل أن نتمكن من البدء في الإجابة على هذه الأسئلة الإضافية ، والتي تعتبر مثيرة للاهتمام بنفس القدر ولكننا نحتاج إلى إجابة هذا أولاً.
خارج:عندما نحصل على إجابات لبعض هذه الأسئلة ، كيف سيغير ذلك نظرتنا والطريقة التي نؤدي بها الأشياء ، أو ربما الطريقة التي تفعل بها الأشياء ، على أي حال! ربما لسنا نحن الناس العاديين ...
كوكس:حسنًا ، أعتقد أنه سيفعل - لأن هذا جزء من النظرية الأساسية لقوى الطبيعة. لذا منحتنا نظرية الكم في الماضي فهمًا ، على سبيل المثال ، لطريقة عمل أشباه الموصلات ، وهي تدعم فهمنا للتكنولوجيا الحديثة ، وطريقة عمل الكيمياء ، والطريقة التي تعمل بها الأنظمة البيولوجية - كل ذلك موجود هناك. هذه هي النظرية التي تصف كل شيء. أعتقد أن حدوث تحول جذري وتعميق في فهم القوانين الأساسية للطبيعة سيغير الطريقة التي تتقدم بها الفيزياء في القرن الحادي والعشرين ، دون أدنى شك. هذا أساسي. إذن ، من يدري؟ في كل نقلة نوعية في العلم ، لا يمكنك أبدًا توقع ما ستفعله ؛ لكن تاريخ العلم يخبرك أنه فعل شيئًا رائعًا جدًا.
هناك اقتباس شهير من ألكساندر فليمنغ ، الذي اكتشف البنسلين ، والذي قال إنه عندما استيقظ في صباح معين من شهر سبتمبر من عام 1928 ، لم يتوقع بالتأكيد أن يحدث ثورة في الطب الحديث من خلال اكتشاف أول مضاد حيوي في العالم. قال ذلك بعد فوات الأوان ، لكنه اكتشف للتو بعض العفن ، بشكل أساسي ، لكنه كان موجودًا.
لكنها كانت أساسية وهذا هو الشيء الذي يجب التأكيد عليه.
بعض نظرياتنا تنظر إليها وتتساءل كيف عملناها! الإجابة هي رياضيًا ، بالطريقة نفسها التي توصل بها أينشتاين إلى النسبية العامة ، بتنبؤات رياضية. إنه لأمر رائع أننا تمكنا من التنبؤ بشيء أساسي للغاية حول الطريقة التي يتصرف بها الفضاء الفارغ. قد نكون على حق.
غدًا: الجزء الثاني: استكشاف الفضاء وآمال المستقبل
تعرف على المزيد حول Brian Cox على موقعه على الويب ، أطفال أبولو