في الوصف الحالي للطبيعة فإن كل جسيم هو موجة في مجال، والمثال الأكثر شيوعًا على ذلك هو الضوء؛ فالضوء هو في الوقت نفسه موجة في المجال الكهرومغناطيسي ودفق من الجسيمات يسمى الفوتونات، حيث تم اقتراح مجال هيغز في عام 1964 كنوع جديد من المجال يملأ الكون بأكمله ويعطي كتلة لجميع الجسيمات الأولية، حيث أن بوزون هيغز هو موجة في هذا المجال، يؤكد اكتشافه وجود حقل هيغز.
ما هو جسيم بوزون هيغز
بوزون هيغز ويسمى أيضًا جسيم هيغز، وهو الجسيم الذي يمثل الجسيم الحامل أو البوزون لحقل هيغز، وهو حقل يتخلل الفضاء ويمنح جميع الجسيمات دون الذرية الأولية كتلة من خلال تفاعلاتها معها، ويختلف مجال هيغز عن الحقول الأساسية الأخرى مثل المجال الكهرومغناطيسي التي تكمن وراء القوى الأساسية بين الجسيمات، أولاً هو حقل عددي، على سبيل المثال له حجم ولكن ليس له اتجاه.
هذا يعني أن حامل بوزون هيغز، له زخم زاوي جوهري أو مغزلي يساوي 0، على عكس حاملات حقول القوة التي لها دوران، وثانيًا يتمتع حقل هيغز بخاصية غير عادية وهي أن طاقته أعلى عندما يكون الحقل صفريًا عنها عندما تكون غير صفرية، لذلك اكتسبت الجسيمات الأولية كتلتها من خلال التفاعلات مع مجال غير صفري هيغز فقط عندما تبرد الكون، وأصبح أقل نشاطًا في أعقاب الانفجار العظيم (الانفجار البدائي الافتراضي الذي نشأ فيه الكون)، وينشأ تنوع الكتل التي تميز الجسيمات دون الذرية الأولية؛ لأن الجسيمات المختلفة لها قوى مختلفة من التفاعل مع مجال هيغز.
يعد بوزون هيغز هو أحد الجسيمات السبعة عشر التي تشكل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، وهي أفضل نظرية للعلماء حول سلوكيات اللبنات الأساسية للكون، وكان جسيم بوزون هيغز آخر هذه الجسيمات التي تم اكتشافها، بعد بحث دام خمسة عقود ويلعب دورًا أساسيًا في الفيزياء دون الذرية.
كيف تم اكتشاف بوزون هيغز
لا يمكن اكتشاف بوزون هيغز من خلال العثور عليه في مكان ما، ولكن يجب إنشاؤه في تصادم الجسيمات، وبمجرد تكوينه، فإنه يتحول أو يتحلل إلى جسيمات أخرى يمكن اكتشافها في أجهزة الكشف عن الجسيمات.
يبحث الفيزيائيون عن آثار هذه الجسيمات في البيانات التي جمعتها أجهزة الكشف؛ إن التحدي هو أن هذه الجسيمات يتم إنتاجها أيضًا في العديد من العمليات الأخرى، بالإضافة إلى أن بوزون هيغز يظهر فقط في حوالي واحد من مليار تصادم LHC، لكن التحليل الإحصائي الدقيق لكميات هائلة من البيانات كشف عن إشارة الجسيم الخافتة في عام 2012.
الجسيمات وبوزون هيغز
تحصل الجسيمات على كتلتها بالتفاعل مع مجال هيغز، إذ لدى الجسيمات كتلة خاصة بهم، وكلما كان الجسيم أقوى يتفاعل مع مجال هيغز، حيث يصبح الجسيم أثقل؛ إن الفوتونات، على سبيل المثال، لا تتفاعل مع هذا المجال وبالتالي ليس لها كتلة، ومع ذلك، فإن الجسيمات الأولية الأخرى، بما في ذلك الإلكترونات والكواركات والبوزونات تتفاعل، وبالتالي لها كتل متنوعة.
ويُعرف تفاعل العطاء الجماعي هذا مع مجال هيغز بآلية (Brout-Englert-Higgs)، التي اقترحها المنظرون روبرت بروت وفرانسوا إنجليرت وبيتر هيجز.
كيف يؤثر بوزون هيغز على الحياة اليومية
إن لبوزون هيغز وسيظل له تأثير على الحياة اليومية بطرق ربما لم تكن في اطار التخيل حتى، ففي البحث عن هذا الجسيم، تم دفع تقنيات المسرع والكاشف إلى أقصى الحدود، مما أدى إلى تقدم في مجال الرعاية الصحية والطيران وغير ذلك.
آثار اكتشاف جسيم بوزون هيغز
تلعب آلية (Higgs) دور رئيسي في النظرية الكهرو ضعيفة التي توحد التفاعلات عن طريق القوة الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية إذ إنه يفسر سبب ثقل حاملات القوة الضعيفة لجسيمات W وجسيمات Z، بينما يمتلك حامل القوة الكهرومغناطيسية الفوتون كتلة صفرية.
الدليل التجريبي لبوزون هيغز هو مؤشر مباشر على وجود حقل هيغز، ومن الممكن أيضًا أن يكون هناك أكثر من نوع واحد من بوزون هيغز، حيث بحثت التجارب عن بوزون هيغز الهائل في مصادمات معجلات الجسيمات الأعلى طاقة، ولا سيما (Tevatron) في مختبر (Fermi National Accelerator Laboratory) ومصادم هادرون كبير (LHC) في (CERN)؛ المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية.
وفي 4 يوليو 2012، أعلن العلماء في LHC أنهم اكتشفوا إشارة مثيرة للاهتمام من المحتمل أن تكون من بوزون هيغز بكتلة 125-126 جيجا إلكترون فولت (مليار إلكترون فولت ؛ GeV)، وكانت هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لتأكيد هذه الملاحظات بشكل قاطع، وتم الإعلان عن هذا التأكيد في مارس 2013، وفي نفس العام، تقاسم هيغز والفيزيائي البلجيكي فرانسوا إنجليرت (الذي اقترح أيضًا آلية هيغز) جائزة نوبل في الفيزياء.
نظرية مجال هيغز
تعتبر الكتلة من أهم خصائص المادة، وهي كمية تحدد مقدار المقاومة التي يقدمها الجسم عند تطبيق القوة عليه، حيث يأتي حوالي 99٪ من كتلة أي كائن في العالم الحقيقي مثل جسم الأنسان من طاقة الربط التي تربط الجسيمات الأولية ببعضها البعض داخل الذرات، ومع ذلك فإن نسبة 1٪ المتبقية من الكتلة متأصلة من تلك الجسيمات الأولية.
في الستينيات، توصل علماء الفيزياء النظرية، بمن فيهم بيتر هيغز من جامعة إدنبرة، إلى إجابة محتملة، وفقًا للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، تتضمن الآلية التي اقترحوها حقلاً غير مرئي ولكنه واسع الانتشار، أُطلق عليه لاحقًا اسم “مجال هيغز”، ومن خلال التفاعلات مع هذا المجال تكتسب الجسيمات الأولية كتلتها.
أهمية جسيم بوزون هيغز
يواصل بوزون هيجز الكشف عن المزيد من ألغازه للعلماء في (CERN) وفي أماكن أخرى والوصول إلى إحدى الطرق لمعرفة المزيد عن الطريقة التي يعمل بها وما إذا كانت مسؤولة حقًا عن كتلة جميع الجسيمات الأولية الأخرى، من خلال ملاحظة الطرق المختلفة التي يتحلل بها بوزون هيغز إلى جسيمات أخرى، ويتحلل عادةً إلى كواركات، ولكن وجد أيضًا أنه يتحلل إلى فئة مختلفة تمامًا من الجسيمات تسمى الميونات، وهذا مؤشر قوي على أن الميونات، مثل الكواركات تحصل بالفعل على كتلتها عبر آلية هيغز.
قد يكون لدى بوزون هيغز المزيد من المفاجآت، على سبيل المثال، الجسيم الذي تم اكتشافه والذي كان قريبًا من الحد الأدنى لنطاق الكتلة المتوقع، قد لا يكون هو جسيم هيغز الوحيد الموجود هناك، وقد تكون هناك عائلة كاملة من بوزونات هيغز، بعضها أكبر بكثير من تلك التي نعرفها حاليًا.
من ناحية أخرى، تشير الأبحاث الحديثة إلى أنه إذا كانت كتلة هيغز أكبر بكثير مما هي عليه، فقد يكون الكون قد تعرض لانهيار كارثي قبل أن تتاح له فرصة الانطلاق، وربما كان هذا في الواقع مصير أجزاء أخرى من الكون المتعدد، ولكن لحسن الحظ لم يكن هذا هو مصير الكون، وإذا كانت هذه النظرية صحيحة، فيمكن شكر بوزون هيغز الذي هو سبب وجود الكون.
