الأحد، 10 سبتمبر 2023

الليزر فى الفضاء

 

الليزر فى الفضاء

إن التنقل بين الأفلاك فى الفضاء بفضل أشعة الليزر فالسفينة الفضائية المتصلة بمحطتها الأرضية قادرة على تحويل ضوء الليزر المرسل من الأرض إلى طاقة هائلة والانطلاق فى الفضاء بسرعة الضوء فالتطور العلمى سريع فيما يختص بالليزر .

فالليزر من الخطورة لأنه يؤدى للعمى والتخدير والليزر له مقدرة على قطع المعادن .

 

بدايات الليزر :

إن الليزر يبدأ من عام ( 1917 ) ويعود الفضل لعالم الفيزياء

( ألبرت آينشتين ) وحين تمتص الذرات الطاقة الحرارية فإنها تخلخل توازن الالكترونات المحيطة بنواة الذرة وإنه يتوجب عليها تحرير طاقة إضافية مما يؤدى لبث جزيئات ضوئية ويفترض ( آينشتين ) أنه من الممكن انتاج إشعاعات أو جزيئات ضوئية عن طريق فصل الالكترونات المحيطة بنواة الذرات .

إن أحد العلماء بدأ فى تنفيذ مدفع تصدر عنه الكترونات الذرات محررة الإشعاعات الضوئية وتضخيم الموجات الدقيفة بالبث المتواصل للأشعة ثم تضخيم الضوء فينتج شعاع الليزر والليزر يتكون من الياقوت الأحمر فى شكل لولبى والليزر يبث طاقته على شكل حزم ضوئية مشعة وموحدة تتوازى فيها كل الأشعة آخذة نفس الاتجاه والليزر عبارة عن اضاءة موحدة الطول الموجى وكل جزىء من طاقة الليزر يمتلك نفس الكمية من الطاقة وأن كل شعاع ليزرى ينبض بمعدل ذبذبة متساوى .

وهناك مبدأ الضخ الضوئى وقد ضاعف من إمكانات اللبزر بحيث سمح لها بالدخول بامكانات التصنيع التطبيقى الفعال فى الصناعة والزراعة .

 

الليزر فى الصناعة :

يستخدم الليزر فى الصناعة عن طريق استخدامه فى قطع المعادن وتشكيلها كصناعة السيراميك وفى تشكيل هياكل السيارات والطائرات والقطارات والبواخر .

 

 

 

 

الليزر فى الطب :

يستخدم الليزر فى الطب فى علاج المياه البيضاء والزرقاء وتصحيح الابصار فى العين عن طريق تسليط الليزر على شبكية العين لفترة زمنية محددة وفى علاج تصلب الشرايين والأوردة وعلاج الثقب فى القلب للحالات المولودة بعيب خلقى فى القلب .

 

الليزر فى الحرب :

يستخدم الليزر فى الحرب فى توجيه الصواريخ العابرة للقارات نحو أهدافها وتوجيه القنابل الذكية والعنقودية وصواريخ كروز وتوماهوك المنطلقة من الطائرات المقاتلة نحو أهدافها ولتحديد موقع الهدف بدقة تستخدم الأقمار الصناعية العسكرية فى توجيه الطائرات والصواريخ بكافة أنواعها لأهدافها بدقة بالغة .

 

الليزر فى الفضاء :

يستخدم الليزر فى الفضاء فى قياس المسافة بين الأرض والقمر وفى قياس المسافات بين الكواكب والمجرات البعيدة كمجرة درب التبانة وفى الحرب فى الفضاء .

 

الليزر والطاقة النووية :

يستخدم الليزر فى فصل النظائر المشعة والتحام نوى الذرات فالتحام ذرات الهيدروجين هو الذى يحرر الطاقة المنبعثة من نواة الذرة وتكون قنبلة الحرارة النووية القاتلة .

فيمكن تسليط شعاع الليزر على بلية أصغر من ثقب الابرة من الكريستال محتوية على الهيدروجين .

 

أنواع الليزر :

1)   الليزر النووى .

2)    الليزر الكيماوى .

3)    الليزر الغازى .

4)   الليزر الملون المستخدم فى الاستعراضات الضوئية .

5)   اسطوانات الليزر.

6)   يستخدم الليزر فى علم الآثار فى تسليطه على الأثر لمعرفة عمرة التاريخى .

7)   يستخدم الليزر فى طبع أوراق التصوير الحساسة .

8)   يستخدم الليزر فى تصحيح أخطاء الآلة الكاتبة .

9)   يستخدم الليزر فى رسم الطيف وتحليله لألوان الطيف :

1 ) الأشعة الكونية .

2 ) أشعة جاما .

3 ) الأشعة الفوق بنفسجية .

4 ) الأشعة تحت الحمراء الصغرى .

5 ) الأشعة تحت الحمراء الكبرى .

6 ) الضوء الأبيض .

7 ) موجات الراديو .

8 ) أشعة الرادار .

10 ) يستخدم الليزر فى صناعة المجوهرات .

11 ) يستخدم الليزر فى علاج الأسنان دون ألم .

12 ) يستخدم الليزر فى التصوير المجسم .

 

 

 

الكون بالموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء

 

الكون بالموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء

المجرات بالموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء :

إن مراصد الفضاء الأرضية فعن طريق مشروع لمسح السماء ورسم خريطة للكون بالأشعة تحت الحمراء من قبل وكالة الطيران والفضاء الأمريكية ( ناسا / NASA ) فعن طريق صنع أول تلسكوب يرسم خريطة النجوم بالأشعة تحت الحمراء فعن طريق دراسة طبيعة النيازك والكويكبات والشهب والكواكب والنظام الشمسى وبدايات تكون النجوم وولادتها والغبار الكونى الذى يحيط بالنجوم وتحولها من غازات منتشرة إلى أجرام كثيفة ومضيئة إضافة إلى ألوانها ومكوناتها وموقعها ومميزاتها وانفجاراتها بفعل ضغط الغازات الكونية التى تتكثف حول النجوم وإن ولادة سلالات جديدة من النجوم فإن المجرات تولد النجوم بشكل سريع ثم ترتاح لتتفاعل مع مجرات أخرى واستطاع التلسكوب ( Iras ) اكتشاف قرابة ( 300000 مصدر كونى ) للأشعة تحت الحمراء مما رفع أعداد النجوم المصنفة علميا بنسبة ( 70 % ) ولقد تم اكتشاف أقراص ضخمة من الغبار الكونى حول النجوم إضافة ل ( 6 كواكب ) سيارة وإنبعاثات قوية من الأشعة تحت الحمراء تتناثر فى أرجاء الكون وتم رصد نقطة القلب فى مجرة ( درب التبانة / Milky Way ) .

إن تجارب ( تصادم هادرون الكبير ) التابع للمركز الأوروبى لعلوم الفيزياء قد أطلق حزمة من شعاع مكون من مجموعة من جسيمات ( نيوترينوات ) بين نقطتين لقياس سرعته وإن النيوترينو من أصغر مكونات الذرة وتبلغ ضآلته لحد وصفه بأنه الأقرب إلى الصفر لكنه ليس عدما فغالبا ما تتولد فيوض ضخمة من جسيمات ( النيوترينو ) فى قلب الفرن الشمسى حيث تتوالى انفجارات ذرية ونووية فتعطى الشمس قوتها وحرارتها ولا يحمل ( النيوترينو ) شحنة كهربائية ولذا يعبر المواد والأجسام جميعا من دون ترك أى أثر .

فالتجربة تشير إلى أنها تتضمن إجراء الكثير من القياسات الدقيقة من ظاهرة توسع الكون فإن

(النيوترينو ) قادر فعليا على تخطى سرعة الضوء فإن القياسات التى تم التوصل إليها تعكس نتائج غير متوقعة بخصوص مواد تتحرك بما يفوق سرعة الضوء فإن علم ( فيزياء الطاقة ) يقوم بتقييم الاختبار وتحليل البيانات .

 

أسئلة عن نظرية آينشتأين فى النسبية العامة عام ( 1915 ) :

إن مصادم هادرون الكبير حيث جرت التجربة فى ( 27 / 8 / 2011 ) وسعت للبحث عن جسيم

(بوزون هيجز ) ولم تستطع العثور على أدلة على وجوده ويحمل غياب ( بوزون هيجز ) معانى عميقة حيث تتضمن المعانى نوعا من النقض لنظرية آينشتاين فى النسبية العامة عام ( 1915 )

وعن تركيب الذرة بل نقضا للنموذج الذرى ( النووى ) الذى يعتمده علوم الفيزياء وضمنها فيزياء الفضاء التى تقع ضمن تخصص فى غاية من الأهمية وبكل تواضع علمى فالتثبت من صحة التجارب علميا فسيكون على العلماء إعادة النظر فى الأسس العلمية التى تعتمد على نظرية آينشتاين فى النسبية العامة على أن لا شىء يسير بسرعة تفوق سرعة الضوء التى تبلغ حوالى

( 186000 كم / ث ) فإذا ثبت أن جسيم ( النيوترينو ) يطير بأسرع من الضوء تنهار نظرية النسبية العامة لآينشتاين .

إن ( إدوين هابل ) اثبت أن الكون يتوسع ولقد قام آينشتاين بتصحيح خطأ ما فى النظرية النسبية العامة حيث أثبت أن الكون يتوسع وأدخل على المعادلات الرياضية للنسبية العامة ما يثبت صحتها ولكن الأمر اختلف بعد اكتشاف ( جسيم النيوترينو ) .

فمعادلة آينشتاين فى النسبية العامة تقوم على المعادلة ( الطاقة = الكتلة × مربع سرعة الضوء )

ولقد أدخل آينشتاين على معادلات النسبية العامة عنصرا جديدا ( الثابت الكونى ) كى يوازى

( التوسع الكونى ) ولقد ثبت علميا خطأ إدخال ( الثابت الكونى ) أمام ( التوسع الكونى ) ولكن العلماء أدركوا أن مبدأ ( الثابت الكونى ) يمكنه شرح نظرية ( توسع الكون ) فالكون يتوسع بسرعة متزايدة .

 

أحمد مغربى

 

الكون الخارجى ( Outer Universe )

 

الكون الخارجى ( Outer Universe )

يوجد ( 10000 مليون مجرة ) فى الفضاء ويوجد ( 250000 مليون نجم ) فى طريق التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way ) وهل سكان الأرض وحيدون فى الكون أم أن هناك مخلوقات فى كواكب أخرى من الكون ؟ .

إن الأرض الكوكب الذى يعيش عليه الإنسان رغم اتساعه وكبره إلا أنه جزء صغير فى الكون الواسع فالأرض أحد كواكب المجموعة الشمسية ( Solar System ) ورغم أن الأرض ليست أصغرها إلا أن بعض الكواكب أضخم بكثير من الأرض فالمشترى ( Jupiter ) يوجد فيه من المادة أكثر من ضعف المادة الموجودة فى بقية كواكب المجموعة الشمسية مجتمعة ويوجد أكثر من 30 قمرا مصاحبا لكواكب المجموعة الشمسية وإن المجموعة الشمسية جزء صغير جدا من مجرة طريق اللبانة / التبانة / الطريق اللبنى / Milky Way ) العملاقة ويعتقد علماء الفلك أنها تحتوى على أكثر من ( 250000 مليون نجم ) وعدد كبير من الكواكب .

إن مجرة الطريق اللبنى ذات اتساع كبير لدرجة أن الضوء بسرعته الكبيرة ( 300000 كم / ث ) يحتاج إلى ( 100000 سنة ) ليقطعها فإن اتساع مجرة الطريق اللبنى = 100000 سنة ضوئية

وطريق اللبانة و ( 24 مجرة ) أخرى قريبة منها ومثلها فى الضخامة والاتساع تكون عنقودا من المجرات ( المجموعة المحلية ) ويوجد عدد كبير جدا من المجرات تكون عناقيد منتشرة فى الكون وعدد المجرات قد يصل إلى ( 10000 مليون مجرة ) ومما يزيد الأمور تعقيدا أن إحدى النظريات التى تبحث فى أصل الكون وتطوره فإن الكون دائم الاتساع فالكون يزداد اتساعا مع الزمن .

فإن الكون من الكبر والاتساع فهل سكان الأرض وحيدون فى الكون الواسع أم أن مخلوقات أخرى فى أمكنة مختلفة من الكون ؟ ما هو احتمال وجود مخلوقات أخرى فى مجرة الطريق اللبنى العملاقة وكيف يمكن الاتصال بهم إن وجدوا ؟

 

معادلة ( دراك ) :

إن البحث عن مخلوقات ذكية أخرى فى الكون بدأ منذ أوائل الستينات من ( ق / 20 ) ففى عام

( 1961 ) فعن طريق دراسة ومناقشة ( الكون الخارجى ) حيث قدم ( فرانك دراك ) معادلة لحساب عدد الحضارات فى مجرة الطريق اللبنى والمقصود بعدد الحضارات عدد الكواكب التى تعيش عليها مخلوقات متقدمة وذات حضارة وإن معادلة ( دراك ) تعطى عدد الحضارات كحاصل ضرب ( 7 ) من العوامل المختلفة والتى معظمها فلكية وتكمن المشكلة الأساسية فى المعادلة فى عدم القدرة على تحديد عواملها بدقة معقولة فعن طريق مناقشة موضوع الحياة فى الكون فعن طريق مجموعة من الفروض تم تبسيط معادلة ( دراك ) ( إن عدد الحضارات فى مجرة درب التبانة

= ( 1 / 10 ) معدل الحياة للحضارات وإن معدل الحياة للحضارات ( 10 ملايين ) من السنين فيوجد مليون حضارة فى مجرة الطريق اللبنى فيوجد فى مجرة الطريق اللبنى مليون كوكب تعج بالحياة والحضارة كالأرض .

فإن مجرة الطريق اللبنى غاية فى الضخامة والاتساع والمخلوقات إن وجدت فيمكن أن تكون موزعة توزيعا شبه منتظم على مجرة درب اللبانة فإن أقرب حضارة للأرض تكون على بعد بضع مئات من السنين الضوئية .

 

أين المخلوقات الفضائية ؟

رغم أن معادلة ( دراك ) قد تكون صحيحة إلا أن عدم المعرفة بعوامل المعادلة تجعل من عملية الحساب نوعا من التخمين فعن طريق مناقشة موضوع ( الحياة فى الكون ) إذ قدر أن عدد الحضارات فى مجرة الطريق اللبنى كبير جدا وقد يصل إلى ( 1000 مليون حضارة ) فإن أقرب حضارة للأرض تكون على بعد أقل من ( 30 سنة ضوئية ) وعلى النقيض فإن البشر هم الوحيدون فى الكون ولا وجود لأى حضارات أخرى وإن عدد الحضارات لا يمكن أن يكون كبيرا جدا 1000 مليون حضارة وتوجد مخلوقات أخرى فى أمكنة مختلفة من الكون الواسع وإن الحقائق المعروفة كافية لحساب عدد الحضارات بطريقة نظرية .

وإن البحث عن الحياة فى الكون بدأت منذ فترة طويلة باستخدام طريقتين فى البحث :

1 ) بإرسال المركبات الفضائية إلى كواكب المجموعة الشمسية إما لإجراء التجارب العلمية على تربة الكواكب أو لتصويرها عن قرب وإرسال الصور للمحطات الأرضية لدراستها وإنها غير عملية فى دراسة النجوم لبعدها الشاسع فمن أقرب النجوم للأرض ( نجم برنارد ) ويبعد عن الأرض ( 6 ) سنوات ضوئية .

2 ) استخدام الأمواج اللاسلكية ( أمواج الراديو ) لدراسة النجوم البعيدة .

وعن طريق إرسال مركبة فضاء للمريخ فإنها تحتاج لأكثر من ( 30000 سنة ) لكى تصل للمريخ وعن طريق إيجاد نوع جديد من الوقود كالجسيمات المشحونة أو الوقود النووى وتوجد تجارب على الأنواع الجديدة من الوقود ولقد حققت بعض النجاح ولكن تحتاج الأبحاث لوقت طويل لتستكمل وتوضع موضع التطبيق العملى .

 

الحياة فى كواكب المجموعة الشمسية :

يسود كواكب المجموعة الشمسية ظروف مناخية مختلفة ففيها الحرارة الشديدة جدا والكافية لصهر المعادن وفيها الاعتدال والتجمد التام فعطارد ( Mercury ) أقرب الكواكب للشمس إذ تم إرسال فى عام ( 1974 ) مركبة الفضاء الأمريكية ( مارينر / 10 ) لعطارد حيث أرسلت آلاف الصور لسطحه والتقط بعضها من مسافة قريبة ( 300 كم ) ولقد بينت الصور أن فوهات البراكين تكثر على سطح عطارد أما عن درجة الحرارة على سطح عطارد فهى عالية جدا لقربه من الشمس وقد تصل إلى ( 500 درجة مئوية ) فلا أمل على وجود حياة على سطح عطارد .

الزهرة ( Venus ) ثانى الكواكب قربا من الشمس وأكثر كواكب المجموعة الشمسية لمعانا فى السماء وإن الزهرة توأم الأرض لتماثل الحجم والكتلة ووجود غلاف جوى لكل منهما ولكن اتضح أن الزهرة تشبه الجحيم أكثر مما تشبه الأرض .

ولقد أرسلت إلى الزهرة مجموعة كبيرة من مركبات الفضاء الأمريكية والروسية حيث استطاع القليل منها الهبوط على سطح الزهرة ليعمل فترة بسيطة قبل أن يتحطم نتيجة للضغط المرتفع ودرجة الحرارة العالية فالضغط على سطح الزهرة أكثر ( 90 مرة ) من الضغط على الأرض ودرجة الحرارة قد تصل ( 475 درجة مئوية ) ليلا ونهارا حيث تكثر الجبال ذات الصخور الحادة على سطح الزهرة ونتيجة للحرارة الشديدة فلا وجود للماء ولا وجود للحياة .

المريخ ( Mars ) كوكب صغير الحجم = نصف حجم الأرض وإن ظروفه مناسبة للحياة أكثر من أى كوكب آخر فلقد اهتم العلماء بالمريخ حيث أرسلت إليه ( 12 ) مركبة فضاء أمريكية وروسية كان آخرها ( فوبوس 1 / 2 ) اللتان أرسلتا آلاف الصور اللاسلكية إلى الأرض وكاميرات تلفزيونية لنقل نتائج التجارب مباشرة للمحطة الأرضية ولقد وصل عدد التجارب العلمية ( 26 تجربة علمية ) فإن التجارب لم تستطع إثبات وجود الحياة على سطح المريخ وإن موضوع الحياة على سطح المريخ لن يحسم إلا إذا أرسلت مركبة فضاء لاحضار عينة من تربته لدراستها على الأرض .

تأتى بعد المريخ مجموعة الكواكب ذات الحجم الضخم والكثافة الصغيرة المشترى ( Jupiter ) أول الكواكب وهو أضخم كواكب المجموعة الشمسية ( Solar System ) ويتكون من غازات هيدروجين وهليوم وميثان وإيثان وبروبان وأمونيا ولقد أرسلت أمريكا مركبتى الفضاء

( فويجر 1 / 2 ) ومركبتى الفضاء ( بايونير 10 / 11 ) للمشترى وزحل لتصويرهما عن قرب ثم مواصلة الرحلة إلى عمق الكون فلقد أرسلت المركبات الفضائية صورا كثيرة للمشترى أما عن موضوع الحياة على المشترى فإن احتمال وجودها ليس كبيرا بسبب البرودة الشديدة .

زحل ( Saturn ) أجمل كواكب المجموعة الشمسية بحلقاته وأقلها كثافة أقل من كثافة الماء وهو كالمشترى يتكون من غازات ولقد أرسلت مركبات الفضاء ( فويجر 1 / 2 ) و بايونير 10 / 11 

صورا لزحل فإن احتمال وجود حياة عليه قليلة جدا .

بعد زحل تأتى الكواكب ( أورانوس / Uranus ) و ( نبتون / Neptune ) و ( بلوتو / Pluto ) على الترتيب فالمعلومات عن هذه الكواكب متواضعة فظروفها غير مناسبة للحياة بسبب البرودة الشديدة جدا فإن احتمال وجود الحياة على أورانوس ونبتون معدوم أما بلوتو أصغر كواكب المجموعة الشمسية وأبعدها عن الشمس ولا أمل بوجود الحياة عليه .

 

 الحياة خارج المجموعة الشمسية :

إن البحث عن مخلوقات متحضرة خارج المجموعة الشمسية عن طريق محاولة استقبال والتقاط اشارات لاسلكية من عمق الكون فعملية الاستقبال صعبة بل يعترضها كثير من التعقيدات التكنولوجية فأى الترددات سوف تستخدم المخلوقات الأخرى ولا نعرف فى أى اتجاه نبحث لأن الكون واسع جدا ولابد أن يكون هوائى جهاز الاستقبال ( التلسكوب اللاسلكى ) موجها نحو الكوكب الذى تنطلق منه الاشارات اللاسلكية .

وعن طريق وضع بعض الفروض التى تسهل عملية البحث فالبحث يتم فى اتجاه النجوم التى تشبه الشمس من حيث الحجم والحرارة عن طريق استخدام الترددات من بعض الغازات المنتشرة فى الكون ( هيدروجين ) على اعتبار أن الترددات يجب أن تكون معروفة لدى أى مخلوقات متحضرة فى الكون .

ولقد كان ( دراك ) أول من حاول استقبال رسائل من خارج المجموعة الشمسية فقد حاول التقاط أى اشارة من أقرب نجمين إلى المجموعة الشمسية ولكن دون فائدة فكل ما التقطه عبارة عن ضوضاء ولقد أكمل ( فيرشور ) محاولات ( دراك ) بالاستماع إلى ( 10 نجوم ) أخرى دون أى نتيجة ولقد قام ( زيجرمان / بالمار ) بأكبر مجهود فى الكشف عن الحياة خارج المجموعة الشمسية خلال الفترة ما بين ( 1972 / 1974 ) إذ استمعا إلى ( 659 نجما ) مماثلا للشمس وعلى بعد يتراوح بين ( 6 / 76 سنة ضوئية ) من الشمس ولقد تم السماع لكل نجم ( 7 مرات ) ولمدة ( 4 دقائق ) فى كل مرة حيث تم التقاط بعض الاشارات غير المفهومة إلا أنها لا يمكن أن تكون صادرة عن مخلوقات متحضرة بسبب عدم انتظامها .

كما يوجد برامج لبناء ( 10 محطات ) ضخمة لمسح الفضاء الخارجى باستمرار مع احتمال بناء محطتى استقبال فى الفضاء الخارجى عن طريق استخدام الأجهزة بالغة التعقيد والحساسية كما يمكن إنشاء محطة استقبال إما على سطح القمر أو فى الفضاء الخارجى ( Outer Space ) .

 

رسائل الأرض للمخلوقات الأخرى فى الكون :

فى ( 2 / 3 / 1972 ) انطلقت مركبة الفضاء الأمريكية ( بايونير / 10 ) من فلوريدا نحو المشترى ( Jupiter ) لتصويره عن قرب ثم مواصلة الرحلة نحو الكواكب والنجوم البعيدة ولقد غادرت ( بايونير / 10 ) المجموعة الشمسية ( Solar System ) بسرعة = ( 19 كم / ث ) =

( 75000 كم / س ) وفى حالة تعرض ( بايونير / 10 ) لأى مخلوقات متحضرة فى الكون فقد ثبت بداخلها لوح منقوش عليه معلومات عن حضارة الأرض ولقد حوى اللوح صورة لرجل وامرأة ورسما للمجموعة الشمسية واشارة إلى أن ( بايونير / 10 ) انطلقت من الأرض وحوى اللوح معلومات علمية يعتقد العلماء أن أى مخلوقات ذكية فى الكون لابد وأن تعرفها ويمكن من خلالها تعيين مكان المجموعة الشمسية فى مجرة الطريق اللبنى وزمن انطلاق ( بايونير / 10 ) .

وفى ( 4 / 1973 ) انطلقت ( بايونير / 11 ) فى رحلة مشابهة لرحلة ( بايونير / 10 ) وعليها نسخة من نفس اللوح .

فلقد تم إرسال رسالة لاسلكية فى ( 16 / 11 / 1974 ) بواسطة ( التلسكوب اللاسلكى ) نحو

( 300000 نجم ) تكون عنقودا من النجوم ( M 13 ) ويبعد عن المجموعة الشمسية 24000 سنة ضوئية والرسالة عبارة عن نبضات إلكترونية مدتها ( 3 دقائق ) إذا ما جمعت بطريقة صحيحة تعطى معلومات وافرة عن حضارة البشر فى الأرض .

3 ) انطلقت مركبة الفضاء الأمريكية ( فويجر / 1 ) إلى الكون الخارجى فى ( 8 / 1977 ) نحو المشترى وزحل ومن ثم لتواصل الرحلة نحو عمق الكون فلقد كانت الرسالة رسالة صوتية إذ وضع داخل المركبة اسطوانة مسجل عليها ( 55 لغة ) مختلفة ولمدة ساعتين وسوف تترك فويجر / 1 المجموعة الشمسية عام ( 1990 ) والأمل فى الاتصال بها حتى عام ( 2007 ) وعندها سوف يكون بعدها عن الأرض ( 15000 مليون كم ) ثم انطلقت ( فويجر / 2 ) وعليها نسخة من نفس الاسطوانة وسوف تسلك نفس مسار ( فويجر / 1 ) .

إن محاولة الاتصال بالمخلوقات الكونية من خلال مركبات الفضاء عملية غير جادة لأنها تحتاج لفترة زمنية طويلة جدا بسبب المسافة الشاسعة بين النجوم فتحتاج ( بايونير / 10 ) لفترة زمنية مقدارها ( 80000 سنة ) حتى تصل لأقرب نجم من الشمس .

فالرسائل اللاسلكية = سرعتها سرعة الضوء ورغم أنها انطلقت بعد مركبة ( بايونير / 10 ) بحوالى ( 3 سنوات ) إلا أنها سبقت المركبة ( بايونير / 10 ) فى طريقها نحو الكواكب والنجوم البعيدة بعد ارسالها بساعة واحدة بسبب سرعتها الكبيرة .

 

د / فخرى اسماعيل الحسن

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

1 / 4 / 2018

 

 

الكاشف الضخم للجسيمات

 

الكاشف الضخم للجسيمات

لماذا ينفجر نجم على هيئة سوبرنوفا بينما يعانى نجم آخر من انهيار تجاذبى مروع ؟ إن الرأى الراجح لدى علماء الفلك هو أنه يوجد عامل قاطع يؤثر فى شكل النهاية التى تحدث للنجم ويؤدى إلى تحديد طريقة موته فما هو هذا العامل ؟

على عمق ( 60 م ) تحت الأرض وفى حقل سويسرى شمال مدينة ( جنيف ) وبالقرب من الحدود مع فرنسا يقع كاشف ضخم للجسيمات بضخامة مبنى من دورين ويزن ما يزيد على وزن ( 5 ) طائرات عملاقة ( UAI ) وهو ما يعنى منطقة ( I ) تحت سطح الأرض وينتج هذا الكاشف مناظر رائعة تظهر مسارات العشرات من الجسيمات دون الذرية المشحونة الناتجة من تصادم بروتون مع بروتون مضاد وتكون هذه المسارات غير مرئية كالإشارات الالكترونية ثم يقوم الكمبيوتر بتحويل هذه الإشارات إلى صورة مضيئة مميزة يمكن دراستها للتعرف على الجسيمات دون الذرية الناتجة .

 

تصادم البروتون والبروتون المضاد :

إن الكاشف ( UAI ) يوجد فى قاع حفرة عميقة كأنه قبة ضخمة من الألمنيوم وأن الألمنيوم لا يشكل إلا الغطاء الخارجى للكاشف أما داخل الكاشف فإن البروتونات ومضاداتها تتصادم فى أنبوبة للحزمة تقع فى قلب الكاشف حيث تتطاير الجسيمات الناجمة عن هذا التصادم فى كل اتجاه عبر الطبقات العديدة للكاشف ( UAI ) .

وتغطى كل طبقة من طبقات الكاشف ( UAI ) نوعا معينا من المعلومات الصادرة من تصادم البروتون والبروتون المضاد فالطبقة الداخلية ( الكاشف المركزى ) تشمل مسارات الجسيمات المشحونة ويملأ هذا الجزء من الجهاز بخليط من غاز ( الايثين ) وهو غاز عديم اللون والرائحة قابل للاشتعال يستعمل كوقود وغاز تبريد وغاز ( الأورجون ) عنصر غازى كيميائى لا لون له ويستخدم فى مصابيح الفلورسنت وكغاز واق فى اللحام القوسى ويحاط بالألاف من الأسلاك الدقيقة وتلتقط الأسلاك الإشارات الكهربائية البالغة الصغر من المسارات الأيونية التى تتركها الجسيمات المشحونة وتوجد غرفة الأسلاك بداخل مجال مغناطيسى يحنى مسارات الجسيمات تبعا لشحناتها الكهربية وطاقة حركتها .

 

المسعر الهادرونى اللونى :

يحيط بالكاشف المركزى عدة طبقات أخرى وضعت بطريقة خاصة حتى يمكنها التعرف على أنواع معينة من الجسيمات وهناك نوعان من المسعرات يقومان بقياس طاقة الجسيمات .

إن مقياس الحرارة الكهرومغناطيسى الذى بنى من طبقات متبادلة من الوامضات ( مواد لها القدرة على تحويل طاقة إشعاع مؤين إلى ضوء منظور ) والرصاص وهذا المقياس يوضح مرور الالكترونات والفوتونات .

وتصدر هذه الجسيمات رذاذا مميزا من الالكترونات عندما تمر فى الرصاص وتجرى متابعتها فى طبقات الجهاز وتمر ومضات الضوء الصادرة فى كل مرة يعبر فيها جسيم مشحون عبر قضبان من البلاستيك ( مرشدات الضوء ) فى اتجاه أنابيب ضوئية تحول الضوء إلى إشارات كهربية .

وبنفس الطريقة صممت الطبقة التالية حتى توضح البروتونات والبيونات والهادرونات الأخرى أى الجسيمات المبنية من الكواركات وهذا هو المسعر الهادرونى اللونى ويتكون من طبقات متبادلة من الحديد والوامضات وفى هذه الحالة يخدم الحديد أهدافه حيث إنه يعد جزء من المغناطيس الكهربائى المستخدم ليثنى مسارات الجسيمات المشحونة .

وتتعرف الطبقة الخارجية للكاشف ( UAI ) على الميونات وهى الجسيمات الوحيدة عدا النيوترينوات القادرة على اختراق تلك الكمية الضخمة من الرصاص والحديد وتكون كاشفات الميون فى صناديق من الألمنيوم بيضاوية مسطحة حيث تغطى الكاشف ( UAI ) وتعطيه مظهر الوعاء الضخم .

والكاشف ( UAI ) بالغ الضخامة ويحتوى على ما يقرب من ( 2000 طن ) من الحديد وما يزيد عن ( 100 طن ) من الرصاص ويحتوى المسعر الهادرونى اللونى على ما يقرب من ( 6300 م ) مربع من عداد الومضات من البلاستيك المقوى فى ( 7000 شريحة ) بسمك ( 1 سم ) .

 

الإشارات الكهربائية ومنظومة القدح :

يصدر تصادم واحد للبروتون والبروتون المضاد المئات من الإشارات الكهربائية فى أثناء تطاير الجسيمات الناجمة عن هذا التصادم عبر الطبقات المختلفة للكاشف ( UAI ) وتمر هذه الإشارات عبر العديد من الكمبيوترات ثم إلى كمبيوتر رئيسى يقوم بتسجيل كل المعلومات التى تتضمنها الإشارات على شريط مغناطيسى ويعطى كل حدث حوالى ( 70000 كلمة ) آلية الكلمة هى الوحدة الأساسية للبيانات فى ذاكرة الكمبيوتر .

ويأخذ الكمبيوتر حوالى ربع الثانية لتسجيلها جميعا على الشريط المغناطيسى ولكن مجموعات البروتون والبروتون المضاد تتقابل كل 6 و 7 ميكروثانية ( الميكروثانية = واحد على مليون من الثانية ) فنجد أنه أثناء كتابة الكمبيوتر الرئيسى التقرير الكامل لتصادم واحد أوحدث واحد نجد أن

( 3000 تصادم آخر ) لبروتون وبروتون مضاد قد حدثت .

فيأتى دور منظومة القدح المكونة من معدات للمعلومات وأجهزة كمبيوتر إضافية وقد جهزت هذه الأجهزة حتى تؤدى وفى خلال ( 4 من المليون من الثانية الواحدة ) مجموعة من التكنولوجيات السريعة الهدف منها معرفة ما إذا كانت الإشارات الصادرة من كل تصادم تقع تحت ما يطلق عليه علماء الفيزياء إشارات مثيرة للاهتمام أم لا ؟

فمن حوالى ( 12000 تصادم ) تحدث كل ثانية فى أنبوبة الحزم بداخل الكاشف ( USI ) تقوم منظومة القدح بتنقيتها جميعا ما عدا واحد أو اثنين .

وبواسطة منظومة القدح يعطى الكمبيوتر الرئيسى صورا ملونة للتصادمات التى يقوم بتسجيلها بحيث يراها العلماء العاملون على جهاز المعلومات مباشرة وما أن تسجل المعلومات على شريط ممغنط حتى تمرر إلى الكمبيوتر فيقوم بإعادة تكوين مسارات الجسيمات ويحسب كمية الطاقة التى وضعت فى المسعرات ويقوم العلماء بفحص التصادمات ذات الأهمية الخاصة وتسجيلها على أشرطة مما يساعدهم على إعادة تشغيلها كلما أرادوا إزالة ما لا يرغبون فيه .

 

الكواركات الخماسية ( البنتاكوارك )

 

 الكواركات الخماسية ( البنتاكوارك )

لقد قام العلماء بإجراء تجربة لتصادم الجسيمات دون الذرية فى معجل سيرن لبحوث الجزيئات حيث جاءت التجربة بجديد حيث أثبت العلماء وجود جسيمات دون ذرية جديدة ( البنتاكوارك / الكواركات الخماسية )

وجاء اكتشاف ( البنتاكوارك ) تتويجا لجهد علمى وعملى استمر أكثر من

( 50 عام ) كما حدث مع غيره من الجسيمات دون الذرية وكان العلماء قد تنبأوا بوجودها لكنهم لم يستطيعوا اثبات وجودها بشكل ملموس إلا بعد تجربة ( سيرن ) وبفضل التجربة فى معجل تصادم الهيدرونات الكبير حيث تمكن العلماء من البرهنة على صحة الافتراضات بعد رصد البنتاكوارك وهى جسيمات أولية دون ذرية ليس لها كتلة وتشكل أحد مكونات المادة طبقا للنظريات الفيزيائية وتعيش لفترة لا تتجاوز مليار تريليون من الثانية .

ولقد وضع العلماء نظرية وجود تلك الجسيمات دون الذرية عام 1964

وحالت الصعوبات التكنولوجية دون اكتشافها وبعد أن تم تشغيل المصادم الهيدرونى الكبير فى ( سيرن ) والذى يقوم بعمل تصادمات بين الجسيمات دون الذرية لتفتيتها بحثا عن مكوناتها الأصلية حيث تمكن العلماء من إيجاد معلومات تثبت وجود البنتاكوارك أو الكواركات الخماسية .

وكان من المتوقع ظهور الجسيم الأولى للمرة الأولى فى ( 60 / ق 20 ) لكن البنتاكوارك كجسيم هيجنز من قبله استعصى على العلماء لعقود حتى تم الكشف عنه فى مصادم الهيدرونات الكبير ولا يشعر بحجم الجهود المضنية الشاقة إلا من عناصر هذه التجربة .

فمن خارج معجل الجزيئات لا يشعر أن هناك شيئا ما يدور داخل المنشآت البحثية خطيرة منذ الاعلان عن اكتشاف ( البوزون هيجنز ) فى 2012 لكن على الرغم من إغلاق معجل هادرون لتصادم الجزيئات .

إن نفق هادرون الكبير يستخدم مجالات كهرومغناطيسية قوية لتسريع جسيمات دون ذرية مشحونة كهربيا عادة ما تكون بروتونات عبر نفق دائرى يبلغ طوله ( 27 كم ) بسرعة تعادل ( 99.99 ) من سرعة الضوء حيث يتم ارسال حزمتين من الجزيئات فى اتجاهين متعاكسين بعد تسريعهما للسرعة المطلوبة وبعد ضغط الجزيئات لشريط رقيق جدا لا يزيد سمكه على ربع سمك شعر الإنسان وهنا يحدث التصادم الدرامى فيما بينهما فهى تجربة احتاجت إجراءات هندسية على درجة عالية من التعقيد وتحتاج لأقصى درجات الاهتمام بكل التفاصيل وخلال فترة الإغلاق تم استبدال ( 18 مغناطيسيا ) من وحدات المغناطيس العملاقة ثنائية القطب التى يبلغ طول الواحد منها ( 15 م ) والمستخدمة فى ثنى مسار الجزيئات من مجموع ( 1232 مغناطيسا ) فى النفق كما تم تحديث أكثر من ( 10000 وصلة كهربية ) بين وحدات المغناطيس وتم تجديد نظام التبريد فائق الانخفاض الذى تحتاجه وحدات المغناطيس لتصل درجة حرارتها ل ( 270 درجة تحت الصفر ) وتم تجديد كافة الأجهزة الإلكترونية المستخدمة فى المعجل الهيدرونى .

ولقد أصبح المعجل قادرا على العمل بطاقة أكبر فإن طاقة المعجل ارتفعت من ( 8 تيرا الكترون فولت : 13 تيرا الكترون فولت ) ويعتبر ضرورة للبحث عن فيزياء جديدة فإن معادلة آينشتاين الطاقة = الكتلة × مربع سرعة الضوء فإن الطاقة والكتلة متساويتان وعندما يتصادم جسيمان كل منهما عالى الطاقة فإن بعض الطاقة المتولدة عن التصادم تتحول لكتلة فى شكل جسيمات جديدة وكلما كان التصادم قويا زاد حجم الجسيمات ويتم التقاط الجسيمات الناجمة عن التصادم بواسطة ( 6 أجهزة رصد ) موزعة على مسار المعجل .

 

شرح النموذج المعيارى :

لقد بلور علماء الفيزياء نظرية تشرح ما هو موجود داخل الذرة والقوى التى تربط بينها .

فمن شأن النموذج المعيارى لفيزياء الجسيمات دون الذرية أن يساعد العلماء على تصنيف الجسيمات دون الذرية والأساسية ودراسة التفاعلات النووية فلا يوجد صعوبة لإحداث التصادم بين الجسيمات دون الذرية فلا يوجد ما يشير إلى أن الجسيمات دون الذرية لها بناء داخلى وهى ليست مكونة من أى شىء ولكن كل شىء مكون منها .

ويمكن تصنيف الجسيمات دون الذرية الأساسية حسب عدة معايير وتعتمد أهم المعايير على خاصية الدوران / SPIN

إن كل الجسيمات دون الذرية تحمل عددا من الأجسام التى تدور حول نفسها ( البوسونات ) والتى تحمل نصف الكمية الرقمية ( الفرميونات ) ويطلق المصطلح على جسيمات المادة التى تكون الذرات أما الجسيمات التى تحمل القوى بين الفرميونات ( البوسونات ) .

ويمكن تقسيم الفرميونات ( جسيمات المادة ) لأنواع مختلفة دون الذرية منها الكواركات وتنقسم الكواركات ل ( 6 انواع ) الأعلى والأسفل والقاع والقمة والشاردة والساحرة .

وتتجمع الكواركات معا فى جسيمات دون ذرية ( الهادرونات ) ويتم الحفاظ على ثباتها من خلال قوة كبيرة بالاعتماد على الهادرونات التى تحوى كمية كبيرة من الطاقة والطاقة التجميعية القوية هى المسئولة عن الجزء الأكبر من كتلة النيوترونات والبروتونات وعن معظم كتلة الذرات وإن البوسون الذى يحمل قوة الجذب ( الجلون ) وتقوم الكواركات بشكل مستمر بإطلاق إشعاعات وتبادل الجلونات فيما بينها لحد إلى عدم وجود أى كوارك بمفرده وتكون محجوزة داخل هدرونات .

والطبقة الأخرى من الجسيمات دون الذرية ( اللبتونات ) وأكثر أشكاها شيوعا ( الإلكترونات ) وعندما ترتبط بالنواة فإن الإلكترونات تكون باقى الذرة وعندما تكون الذرة ذات الإلكترونات حرة الحركة فإنها تحمل تيار كهربى ويعتبر البوسون الذى يقف خلف الكهرباء والمغناطيسية والقوة التى تجذب الإلكترونات للذرات الفوتونات أو كمية الضوء .

ولأسباب غير معروفة جيدا توجد نسختان من الإلكترونات وهما الميون والتاو فإن كل منهما يحوى شحنة وتكون كتلته أكبر ويوجد نوع آخر من اللبتونات لا تحوى أى شحنات كهربائية ( النيوترونات ) التى توصف فى النماذج بأنها القوة النووية الضعيفة وتستشعر الكواركات واللبتونات هذا النوع من القوة لكن يكون من الصعب الإحساس بتأثيرها وإن النسيج فى النيوترينات القادمة من الشمس والقوة النووية الضعيفة ضرورية لإحداث التفاعلات الانشطارية الضرورية لإبقاء الشمس متوهجة .

والفرميونات ( الجسيمات دون الذرية ) تأتى مع شريك من المادة المضادة وهى الجزيئات التى لها نفس الكتلة لكن شحنتها تكون معاكسة ويمكن وجود ( 6 أنماط ) من الكواركات والكواركات المضادة و 6 أنماط من اللبتونات واللبتونات المضادة والبوسونات التى تحمل القوى الكهرومغناطيسية ( الفوتونات ) وقوى الجذب ( الجلونات ) والقوة النووية الضعيفة ( بوسونات W – Z ) .

إن معظم كتل الذرات تأتى من اتحاد الجسيمات المندمجة معا لكن الجسيمات نفسها يكون لديها كتلة حيث يحتاج لوجود مجال كمى جديد

( مجال هيجنز ) وهو منتشر فى الكون حتى فى الفراغ وتساعد التفاعلات فى المجال الكمى على إعطاء الجزيئات كتلتها وتم اكتشاف البوزون المرتبط بهذا المجال ( بوزون هيجنز ) عام ( 2012 ) .

 

 

 

حديقة الجزيئات ( دليل مختصر لجزيئات ما تحت الذرة ) :

1 ) الفرميونات :

جسيمات لها نصف السرعة وهى جسيمات المادة التى تكون الذرة .

 

2 ) الكواركات :

نوع فرعى من الفرميونات وتتكون من ( 6 أنواع ) ويوجد منها كواركات مضادة .

 

3 ) البوسونات :

جسيمات لها حركة كاملة وتحمل القوى الموجودة بين الفرميونات .

 

4 ) الفوتونات :

نوع من الفوتونات التى تحمل المجال الكهرومغناطيسى .

 

5 ) الجلونات :

نوع من البوسونات التى تحمل مجال القوى بوسونات ( W – Z ) وتحمل القوى الضعيفة .

 

6 ) بوسون هيجنز :

البوسونات التى تثبت وجود مجال هيجنز وتعطى الجسيمات كتلتها .

 

7 ) اللبتونات :

نوع آخر من الجسيمات أشهر عناصرها الإلكترونات ويوجد لكل منها ليبتون مضاد .

 

8 ) مون أند تاو :

ليبتونات تعتبر نسخة من الإلكترونات وبها شحنة لكن كتلتها تفوق الإلكترونات .

 

9 ) النيوترينو :

نوع من الليبتونات تنقسم ل ( 3 أنواع ) وكلها لا يوجد بها شحنات كهربية .

 

السيمترية الفائقة :

إن الفرصة الأخيرة أمام نفق ( هادرون ) لاكتشاف الجسيمات دون الذرية وسوف تعتمد التجربة على المزيد من الطاقة بما يساعد على معرفة المزيد فيمكن أن تكون البشرية قادرة على تخليق جسيمات دون ذرية جديدة ذات قدرة أكبر مما يسمح برؤية واضحة لدراسة الجسيمات دون الذرية والقوى المؤثرة عليها .

وعند البحث عن جسيمات دون ذرية أخرى طالما أن النموذج المعيارى يبدو كاملا لكن فى الحقيقة هناك أسباب تحمل على الاعتقاد بأن النموذج المعيارى لا يمكن أن يكون صحيحا .

وفى مقدمة الأسباب أن الجاذبية لا تدخل فى النموذج المعيارى أو أى نظرية كمية يمكن وصفها من خلال النظرية العامة للنسبية والسبب أن تأثيرات الجاذبية على الجسيمات دون الذرية الأساسية ضعيفة لدرجة تبرر التجاهل مما يعنى أن النموذج المعيارى ليس نظرية كل شىء .

وإن عددا من الخصائص العشوائية فى النموذج المعيارى ومنها الأسباب التى تجعل الجسيمات دون الذرية الحاملة للقوى فى الغالبية العظمى من البوسونات والقليل جدا منها من الفرميونات ومن خلال إدماج الخصائص العشوائية فى النموذج المعيارى يمكن محوها أو جعلها جزءا لا يتجزأ من بناء أكبر .

وأحد أوجه توسيع النموذج المعيارى إضافة السيمترية الفائقة حيث يمكن أن تزيل العشوائية بين الفرميونات والبوسونات من خلال إدخال نظير من الفرميونات مقابل كل بوسون والعكس مما يسمح بالتحول المستمر فى الشكل الآخر باستخدام طاقة عالية وتساعد السيمترية الفائقة الإضافية على شرح أسباب انخفاض كتلة بوسونات هيجنز ( W – Z ) .

وبدون السيمترية الفائقة الإضافية يعتقد العلماء فى مجال الطبيعة النظرية أن القيمة الطبيعية للكتل ستكون عالية ويمكن أن تصل لأعلى ما هى عليه بمليار مليار مرة ( كتلة الكم ) .

ويطلق المصطلح على حالة تصبح فيها الجاذبية قوية جدا للحد الذى تؤثر فيه على عالم الجسيمات دون الذرية الصغير جدا ومن غير المحتمل أن يكون نفق ( هادرون ) قادرا على التقريب بين الجاذبية والنموذج المعيارى فإن اكتشاف نظائر تتمتع بالسيمترية الفائقة لبوسونات هيجنز والجسيمات دون الذرية الأخرى سيكون أمرا مهما جدا .

ويمكن للسيمترية الفائقة التنبؤ بوجود عدد كبير من الجسيمات دون الذرية الجديدة يمكن أن تكون نظائر للجسيمات دون الذرية الحالية فضلا عن ( 3 بوسونات ) أخرى من بوسونات هيجنز .

 

خلف بوسون هيجنز :

تم اكتشاف ( بوسون هيجنز ) باستخدام البيانات المسجلة عقب تجارب التصادم التى جرت فى أول اختبار لنفق ( هادرون ) وبعد إجراء صيانة لوحدات المغناطيس والرصد وكافة عناصر البنية التحتية فى نفق

( هادرون ) حيث جرت تجارب تصادم يسعى العلماء من ورائها لمعرفة العديد من المعلومات المهمة .

وإن وجود سببين هامين أشارا لتجربة النفق الثانية يمكن أن تمد بمعلومات مهمة جدا .

1 ) الطبيعة الميكانيكية الكمية والاحتمالية للعملية المدروسة فعند تصادم

( 2 من البروتونات ) فى وجود نوع خاص من الطاقة وبزوايا خاصة فإنه يمكن التنبؤ بالنتائج وأنها سوف تتكرر مع كل تجربة وإن التنبؤ بالاحتمالات فإن البروتونين عندما يتصادمان تكون لديهما خيارات عديدة لما يمكن أن ينتج عن التصادم بحيث لا يتكرر ناتج التصادم بالضرورة فى كل مرة ويوضح النموذج المعيارى كيف يتم توقع الاحتمالات المختلفة فى المتوسط لكن فى الوقت نفسه لا يستطيع أن يقدم معلومات عن احتمال بذاته فباستقصاء احتمالات نادرة فإن القيام بأكثر من تجربة تصادم توافرت المعلومات عن حياده من عدمه .

 

المزيد من بوسونات هيجنز :

إن البوسون هيجنز له أهمية خاصة فبمجرد أن ينتج بوزون هيجنز عن عملية تصادم يتحلل بسرعة لجسيمات دون ذرية أخرى وتكون هناك خيارات عديدة مفتوحة وتكون معدلات صور التحلل الأخرى خاضعة لاحصائيات كمية ولما كان مجال هيجنز يعطى الجسيمات دون الذرية كتلتها فإن معدلات إنتاج بعض الجسيمات دون الذرية عقب تحللات جسيمات هيجنز يمكن أن تعتمد بشكل قوى على كتلتها وعن طريق إجراء قياسات دقيقة لعملية التصادم لنفهم كيف تعمل آلية الكتلة .

وعن طريق الرصد لتحلل البوسون هيجنز لفوتونات وبوسونات

( W – Z ) وفى حالة الفرميونات أمكن الوصول لتصوير واضح لتحلل الليبتون تاو مع رصد بعض الأدلة على وجود تحلل فى كواركات القاع ولا يتمتع أى من القياسات بدرجة عالية من الدقة .

وعن طريق اختبار خصائص أخرى للبوزون هيجنز بشكل أكثر دقة ومن هذه المعلومات مدى سرعة تحلل البوزون وما إذا كان جسيما أساسيا أم أن هناك طبقة أخرى من الجسيمات دون الذرية لم تكتشف بعد فعن طريق معرفة ما إذا كان البوزون هيجنز قادرا على التفاعل مع نفسه لنعرف كيف يعطى نفس الكتلة كما سيساعد على تمحيص فروض حول وجود بوزونات هيجنز أخرى أثقل وزنا لم يمكن رصدها بعد .

 

مدخل إلى المادة المضادة :

هل يمكن للتحلل النادر للجسيمات دون الذرية أن يشرح لماذا تكون لدينا مادة أكثر من المادة المضادة ؟

فى نفق ( هادرون ) توجد ( 4 أجهزة رصد ) عملاقة ساهم ( 2 منها )

( أطلس و cms ) فى اكتشاف بوسونات هيجنز وهما جهازا رصد لهما أغراض عامة أما الآخران فأكثر تخصصا .

وعند الحديث عن وحدة الرصد الثالثة نجدها مصممة خصيصا للعمل عدة أسابيع فى السنة عندما ينتج من التصادم فى نفق ( هادرون ) النواة بدلا من البروتون ويمكن أن تستخدم وحدات الرصد ال ( 3 ) ( أليس وأطلس وسى إم إس ) التصادم لدراسة أنماط غير تقليدية من المادة لكن أليس يتفرد بعدد من المزايا .

وآخر وحدات الرصد ( ihcb ) التى يشير حرف ( b ) لكواركات القاع فالعديد من الكواركات ذات الكتلة الكبيرة تنتج عن عمليات التصادم بين البروتونات فى نفق ( هادرون ) وتم تصميم وحدة رصد أى اتش سى بى

لرصد أكبر عدد ممكن من الكواركات وقياس الطرق المختلفة التى تتحلل بها الكواركات لجسيمات دون ذرية أقل وزنا .

وتعد دراسة التحللات النادرة للجزيئات أمر مهم لعدد من الأسباب :

1 ) أنها يمكن أن تحدث عبر دوائر لولبية كمية صغيرة تشمل جسيمات دون ذرية صغيرة لا يمكن توليدها بشكل مباشر وساهم قياس التحللات فى استبعاد عدد من النظريات المحتملة بما فيها متغيرات السيمترية الفائقة ومع إجراء التجربة الثانية سوف يتم استبعاد المزيد من النظريات بعد اتضاح النتائج .

وإن مسألة كواركات القاع لها اهتمام خاص لأسباب ترتبط بالمادة المضادة المفقودة فى الكون ففى النموذج المعيارى يتم توليد الجسيمات دون الذرية والجسيمات دون الذرية المضادة بأعداد متساوية وإن الانفجار الكبير ( Big Bang ) ترك ألغازا جديدة حول المادة والمادة المضادة .

وتعد كواركات ( بى ) أثقل أشكال كواركات القاع ولا أحد يعرف السبب فى وجود ( 3 نسخ ) متطابقة من الجسيمات دون الذرية وإن رقم ( 3 ) الحد الأدنى اللازم لإدخال سيمترية المادة والمادة المضادة وبعد قياس انحلال الكواركات ( بى ) طريقة مباشرة لدراسة النوع من السيمترية الفائقة .

إن حالات السيمترية الفائقة التى تم قياسها ليست كبيرة بشكل يقدم تفسيرا للاختلاف فى معدلات وجود المادة والمادة المضادة الملاحظة .

 

المادة المضادة :

يوجد مواد لا يمكن رؤيتها لكن نفق ( هادرون ) سوف يرصدها ولقد رصد بعضها بالفعل وتوجد مشكلة أخرى لم يتمكن النموذج المعيارى من حلها وهو الوصول لدليل واضح ملموس يمكن رصده على أن الكون فيه حافل بمواد كثيرة لا يمكن رؤيتها ( المادة المظلمة ) ولا يبدو أنها تتكون من أى جسيمات دون ذرية معروفة وبعيدا عن القاعدة القائلة بأن كل شىء يتكون من الكواركات والليبتونات فإن عمليات الرصد الفلكية والفيزيائية والنماذج الكونية تشير إلى أن ( 84 % ) من المادة لا يتضمنها النموذج المعيارى .

وتشير بحوث السيمترية الفائقة إلى أن كل مادة مظلمة يمكن أن تكون جزيئا متشابها يتمتع بذات النوع من السيمترية الفائقة ليمكن توليد ورصد أزواج من المادة المظلمة فى تجارب تصادم جديدة .

وقبل التجربة الثانية فيوجد عدد من التوسعات المحتملة فى النموذج المعيارى تقدم مرشحين محتملين لجسيمات المادة المظلمة يمكن إنتاجها فى تصادمات نفق ( هادرون ) وفى العديد من النظريات حتى إذا لم تتفاعل المادة المظلمة مع جسيمات دون ذرية أخرى فإنها يمكن أن تحصل على كتلتها من مجال هيجنز .

وتوجد تجارب أخرى تسعى لمعرفة الجسيمات دون الذرية التى تكون المادة المظلمة والموجودة بكثافة فى الكون ولكن لا يمكن رؤيتها أو رصدها وتوجد نماذج بحث مختلفة تستخدم التجارب ومنها تجارب الأشعة الكونية عالية الطاقة والرصد الفلكى الفيزيائى كما تستخدم المناهج أجهزة أخرى دقيقة اتسجيل النتائج وأهم التجارب تجارب النيوترينو التى نريد أن نعرف منها ما إذا كانت الكتلة منخفضة الكثافة للجسيمات دون الذرية أو عن طريق يعتمد على المادة والمادة المضادة .

 

معجلات الجسيمات دون الذرية :

1 ) معجل ليناك الخطى :

تكون البروتونات التى تتصادم مع بعضها البعض مجرد غاز الهيدروجين معبأ فى زجاجة عادية ويتم تعريض غاز الهيدروجين لمجال كهربى لنزع الإلكترونات من ذرات الهيدروجين لتحتفظ بالبروتونات وتحقن ذرات الهيدروجين فى معجل ( ليناك الخطى ) ليبدأ فى عملية التسريع ويقوم معجل آخر ( PSB ) بتسريع الذرات بشكل أكبر .

 

2 ) معجل البروتونات :

كان معجل البروتونات أكبر معجل لطاقة الجسيمات دون الذرية والمعجل الذى يبلغ طوله ( 628 م ) تقوم بتسريع البروتونات التى يقذفها معجل

( PSB ) ل ( 25 جيجا فولت كهربى ) ( gev ) ويقوم معجل البروتونات فائق السرعة برفع السرعة ل ( 450 جيجا فولت كهربى ) قبل حقنها فى نفق ( هادرون ) لتصل طاقتها ل ( 13 تيرا فولت كهربى ) .

 

3 ) النفق الرئيسى :

نفق مستدير يبلغ طوله ( 27 كم ) وتمت إقامته على عمق يتراوح بين

( 50 : 175 م ) تحت سطح الأرض وحتى تنطلق الجسيمات دون الذرية بأقصى سرعة ممكنة دون أى عائق فإن الأنابيب تكون محفوظة فى حالة فائقة من التفريغ وتصل سرعة البروتونات ل ( 99.99 % ) من سرعة الضوء مما يجعل البروتون قادرا على الدوران فى النفق ( 11 ألفا )

و ( 100 مرة / ث ) .

 

4 ) جهاز رصد أطلس :

يحدث التصادم بين شعاعات الجسيمات دون الذرية فى مركز أطلس حيث يتم قذف الجسيمات دون الذرية الناجمة عن التصادم فى كل الاتجاهات وتقوم برصد الموقف ( 6 نظم ) للرصد موضوعة فى طبقات حول نقطة التصادم وتقوم النظم برصد قوة تصادم الجسيمات دون الذرية وموقعها للتعرف على نتائج التصادم ويعد أطلس أكبر نظم الرصد ال ( 6 ) حيث تبلغ مساحته ( 46 × 25 × 25 م ) .

 

5 ) وحدة رصد ( cms ) :

تهدف وحدة ( سى إم إس ) لتحقيق نفس الأغراض العلمية التى تهدف إليها وحدة ( أطلس ) لكنها مبنية بتصميم مختلف فهى مبنية حول ملف اسطوانى لكبل فائق التوصيل قادر على توليد مجال مغناطيسى يفوق المجال المغناطيسى للأرض .

 

6 ) مركز ميرين :

أول نقطة لالتقاء المعلومات الواردة من المعجل وشبكة كمبيوترات LHC العالمية وهى الشبكة التى تربط بين أكثر من ( 170 مركزا ) كمبيوتريا تنتشر بين ( 40 دولة ) والشبكة توفر المعلومات يصل حجمها

ل ( 30 بيتابايتس ) سنويا أو ما يمكن أن يملأ ما يعادل ( 6 مليون و 300000 قرص مدمج .

 

 

ترجمة / هشام عبد الرءوف

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

24 / 1 / 2016