اقرأ في هذا المقال
- ما هي فيزياء الطاقة العالية – High Energy Physics؟
- ما هو الهدف من وجود فيزياء الطاقة العالية؟
- أبحاث العلماء في فيزياء الطاقة العالية
- تجارب البحث عن بوزون هيغز
ما هي فيزياء الطاقة العالية – High Energy Physics؟
تستكشف فيزياء الطاقة العالية (HEP) مما يتكون العالم وكيف يعمل على أصغر وأكبر المقاييس، بحثاً عن اكتشافات جديدة من أصغر الجسيمات إلى الإمتدادات الخارجية للفضاء. يلهم هذا المسعى العقول الشابة ويدرب قوة عاملة خبيرة ويقود الإبتكار الذي يحسن صحة الأمة وثروتها وأمنها.
مقالنا مستوحى من بعض أكبر الأسئلة حول كوننا. مما هو مصنوع؟ ما هي القوى التي تحكمه؟ كيف أصبح ما هو عليه اليوم؟ يتطلب العثور على هذه الإجابات تضافر جهود بعض أكبر التعاون العلمي في العالم، باستخدام بعض من أكثر أجهزة الكشف حساسية في العالم، في بعض أكبر الأجهزة العلمية في العالم.
ما هو الهدف من وجود فيزياء الطاقة العالية؟
الهدف من وجود فيزياء الطاقة العالية (المعروفة أيضاً باسم فيزياء الجسيمات) هو تحديد اللبنات الأساسية للمادة وفهم التفاعلات بين هذه الجسيمات. يُطلق على التركيب النظري الأساسي في فيزياء الجسيمات النموذج القياسي ويحتوي على 6 كواركات و6 لبتونات و4 بوزونات قياسية وبوزون عددي واحد (بوزون هيغز)، والذي يتفاعل من خلال ثلاثة تفاعلات (القوة القوية والقوة الضعيفة والكهرومغناطيسية).
يمكن اكتساب المزيد من المعرفة من خلال محاولة فهم ما يحدث عند الطاقات الأعلى (المقابلة لمسافات أصغر)، حيث قد ننتج جسيمات جديدة أو نحدد التناقضات في النموذج القياسي. يمكننا أيضاً فحص مجموعة الجسيمات الموجودة بعمق أكبر عند الطاقات المنخفضة بحثاً عن أدلة لما يكمن وراء النموذج القياسي. ستوفر هذه النتائج فهماً أفضل لكيفية عمل الكون، ومن المحتمل أن تجيب على أسئلة مثل لماذا تكون كتلة “هيجز” (Higgs mass) الضوء؟ وما هي المادة المظلمة؟ هي كل القوى موحدة في قوة واحدة عند طاقة عالية، ماذا حدث للمادة المضادة في الكون المبكر؟
أبحاث العلماء في فيزياء الطاقة العالية:
البحث في قسم فيزياء الطاقة العالية يهدف إلى فهم المكونات الأساسية للمادة والطاقة، وإلقاء الضوء على الطبيعة النهائية للمكان والزمان. في إطار بحث العلماء عن الإكتشافات العلمية، بنى علماء الفيزياء عالية الطاقة بعضاً من أكبر الأجهزة وأكثرها تعقيداً وتعقيداً في العالم، بما في ذلك المسرعات القوية وكاشفات الجسيمات الضخمة وأدوات المسح الكونية الحساسة.
ساهم الباحثون في الجانب النظري “واضع النظرية” في هذا المجال في المستوى العميق من الفهم الذي لدينا للعالم الطبيعي، لطالما ارتبطت الحوسبة المتطورة بفيزياء الطاقة العالية، بدءاً من تحليل الأرقام على نطاق واسع باستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة إلى التعامل مع كميات هائلة من البيانات التي تنتجها التجارب. بسبب حجم وتعقيد العديد من المشاريع، والتي يمكن أن تشمل العديد من المؤسسات، فإنّ المختبرات الوطنية لها دور خاص تلعبه في فيزياء الطاقة العالية.
تجارب البحث عن بوزون هيغز:
فيزياء الطاقة العالية (HEP) هي دراسة لبنات اللبنات الأساسية للطبيعة. ينتج كلا المسرعين طاقات لم نشهدها منذ الانفجار العظيم، والمصادر الطبيعية للجزيئات عالية الطاقة لتوضيح طبيعة المادة. يعمل أعضاء القسم على تجربة (CDF) في مختبر فيرمي الوطني في شيكاغو، وتجربة أطلس في (LHC) في جنيف، سويسرا وتجارب (Super-Kamiokande) و(T2K) و(Belle II) في اليابان. تشمل الموضوعات البحث عن “بوزون هيغز” ودراسة خصائص النيوترينو والكواركات الثقيلة مع التركيز على فهم أصل الكتلة وعدم تناسق المادة الملحوظ في الكون.
يتم التعامل مع هذه المشكلات باستخدام المسرعات والمصادر الطبيعية للجسيمات. تستخدم تجارب (CDF) و(ATLAS) حزماً متصادمة من البروتونات (ومضادات البروتونات في Fermilab) لتحقيق أعلى طاقات ممكنة في محاولة لصنع جسيمات عالية الكتلة لم يتم رؤيتها من قبل. في (T2K)، يتم استخدام المسرع لتحطيم البروتونات في الهدف بأعلى كثافة ممكنة لجعل أكبر عدد ممكن من النيوترينوات (neutrinos).
هذا مكمل للنيوترينوات التي تظهر في (Super-K) والتي يتم إنتاجها في الغلاف الجوي العلوي للأرض عندما تصطدم الأشعة الكونية الأولية بجزيئات الهواء. في (Belle II)، يتم استخدام الإلكترونات والبوزيترونات عالية الكثافة لدراسة الإنحلال النادر للكواركات الثقيلة، والتي قد تكون حساسة للفيزياء بما يتجاوز النموذج القياسي.
تجربة أطلس هي واحدة من تجربتين كبيرتين تقعان على حلقة مصادم الهادرون الكبير (LHC) الواقع على حدود سويسرا وفرنسا بالقرب من مدينة جنيف. عندما يبدأ تشغيله سوف ينتج أكثر تصادمات البروتونات نشاطاً في العالم. إنّ إمكانات الإكتشافات الجديدة والمفاجئة عالية للغاية. ستطلق تجربة (T2K) النيوترينوات على بعد 295 كم عبر اليابان وتحتها من الساحل الشرقي إلى الساحل الغربي، سيتم اكتشاف النيوترينوات أولاً بمجموعة من أجهزة الكشف بالقرب من نقطة إنتاجها، ثم مرة أخرى، على بعد 295 كم في سوبر كاميوكاندي.
الهدف هو رؤية نوع من تذبذب النيوترينو الذي لم يتم ملاحظته من قبل. إذا شوهدت، ستبدأ مجموعة جديدة كاملة من التجارب المتعلقة بفيزياء مقاييس الطاقة الأعلى للكون.
