يموت الكتاب المقدس لفيزياء الجسيمات من أجل الترقية. وقد يكون لدى الفيزيائيين الشيء فقط: قد تنظر بعض الجسيمات والقوى في المرآة ولا تتعرف على نفسها. وهذا ، في حد ذاته ، سيرسل ما يسمى بالنموذج القياسي إلى حالة من الفوضى.
تقريبا كل التفاعلات الأساسية بين الجسيمات دون الذرية للكون تبدو متشابهة عندما يتم قلبها في المرآة. ثم يقال أن صورة المرآة ، التي تسمى التكافؤ ، متماثلة ، أو لها تناظر التكافؤ ، في الفيزياء الكلام.
بالطبع ، لا يتبع الجميع القواعد. نحن نعلم ، على سبيل المثال ، أن ردود الفعل التي تنطوي على ضعف القوة النووية ، والتي هي غريبة أيضًا لمجموعة كاملة من الأسباب الأخرى ، تنتهك تناظر التكافؤ. لذا فمن المنطقي أن تكون القوى والجسيمات الأخرى في العالم الكمي خارقة للقواعد في هذا المجال.
لدى الفيزيائيين بعض الأفكار حول هذه التفاعلات الافتراضية الأخرى التي لن تبدو متشابهة في المرآة وبالتالي تنتهك تناظر التكافؤ. هذه التفاعلات الغريبة يمكن أن توجهنا نحو الفيزياء الجديدة التي يمكن أن تساعدنا في تجاوز النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، ملخصنا الحالي لجميع الأشياء دون الذرية.
لسوء الحظ ، لن نرى أبدًا معظم هذه التفاعلات الغريبة في أجهزة تحطيم الذرة ومعاملنا. التفاعلات نادرة جدًا وضعيفة جدًا لا يمكن اكتشافها باستخدام أدواتنا ، والتي يتم ضبطها على أنواع أخرى من التفاعلات. ولكن قد تكون هناك بعض الاستثناءات النادرة. الباحثون في أكبر محطم ذرة في العالم ، مصادم هادرون الكبير (LHC) ، الذي يقع بالقرب من جنيف ، يبحثون عن هذه التفاعلات النادرة. حتى الآن ، جاءوا خالي الوفاض ، ولكن حتى هذه النتيجة تضيء. تساعد هذه النتائج السلبية على التخلص من الفرضيات غير المثمرة من الاعتبار ، مما يسمح للفيزيائيين بالتركيز على طرق واعدة أكثر في البحث عن الفيزياء الجديدة.
مرآة، مرآة على الحائط
أحد أهم المفاهيم في جميع الفيزياء هو التناظر. يمكنك حتى أن تجادل بشكل معقول أن الفيزيائيين مجرد صيادين متماثلين. تكشف التناقضات القوانين الأساسية للطبيعة التي تحكم أعمق أعمال الواقع. التماثل أمر مهم.
إذا ما هو؟ يعني التناظر أنه إذا قمت بتغيير عنصر واحد في عملية أو تفاعل ، فستبقى العملية كما هي. يقول الفيزيائيون بعد ذلك أن العملية متماثلة فيما يتعلق بهذا التغيير. أنا غامضة هنا عمدا لأن هناك العديد من أنواع التناظر المختلفة. على سبيل المثال ، في بعض الأحيان يمكنك تغيير علامة الرسوم على الجسيمات ، وأحيانًا يمكنك تشغيل العمليات للأمام أو للخلف في الوقت المناسب ، وأحيانًا يمكنك تشغيل نسخة صورة طبق الأصل من العملية.
هذا الأخير ، الذي ينظر إلى عملية في المرآة ، يسمى تناظر التكافؤ. تمنحك معظم التفاعلات دون الذرية في الفيزياء النتيجة نفسها بالضبط سواء تم إجراؤها أمامك مباشرة أو في المرآة. لكن بعض التفاعلات تنتهك هذا التناظر ، مثل القوة النووية الضعيفة ، خاصة عندما يتم إنتاج النيوترينوات في تفاعلات تنطوي على تلك القوة.
تدور النيوترينوات دائمًا "للخلف" (بمعنى آخر ، يشير محور دورانها بعيدًا عن اتجاه حركتها) ، بينما تدور antineutrinos "للأمام" (محور نقاط الدوران الخاص بها مباشرة أثناء تحليقها). وهذا يعني أن هناك اختلافات طفيفة للغاية في أعداد النيوترينوات ومضادات النيوترينوات التي يتم إنتاجها عند إجراء تجربة منتظمة ، مقابل تجربة معكوسة تعتمد على القوة النووية الضعيفة.
مرايا مكسورة
على حد علمنا ، فإن القوة النووية الضعيفة والقوة النووية الضعيفة وحدها تنتهك تناظر التكافؤ. ولكن ربما ليس وحده.
نحن نعلم أن الفيزياء تتجاوز ما نفهمه حاليًا يجب أن توجد. وبعض هذه الأفكار والمفاهيم الافتراضية تنتهك أيضًا تناظر التكافؤ. على سبيل المثال ، تتنبأ بعض هذه النظريات بعدم تناسق دقيق في التفاعلات غير العادية التي تنطوي على أنواع الجسيمات التي يفحصها المصادم LHC عادةً.
بالطبع ، هذه الأفكار الافتراضية غريبة ومعقدة ويصعب اختبارها. وفي كثير من الحالات ، لسنا متأكدين تمامًا مما نبحث عنه.
تكمن المشكلة في أننا بينما نعلم أن مفهومنا الحالي لعالم الجسيمات ، المسمى بالنموذج القياسي ، غير كامل ، فإننا لا نعرف أين نبحث عن بديله. يأمل العديد من الفيزيائيين في أن يكشف المصادم LHC عن شيء - جسيم جديد ، تفاعل جديد ، أي شيء على الإطلاق - من شأنه أن يوجهنا نحو شيء جديد ومثير ، ولكن حتى الآن فشلت جميع عمليات البحث هذه.
يتم استبعاد العديد من نظريات المتسابق السابق لما وراء النموذج القياسي (مثل التناظر الفائق) ببطء. هذا هو المكان الذي قد يكون فيه انتهاك تناظر التكافؤ مفيدًا.
تتضمن جميع التمديدات الافتراضية الشائعة للنموذج القياسي تقريبًا القيد بأن القوة النووية الضعيفة فقط تنتهك تناظر التكافؤ. (يتم خبز هذا في الرياضيات الأساسية للنماذج ، في حال كنت تتساءل عن كيفية عمل ذلك.) وهذا يعني مفاهيم مثل التناظر الفائق ، والأكسيونات والعلامات اللبية ، كلها تحافظ على هذا التماثل يكسر مكانه تمامًا ، وليس في أي مكان آخر.
ولكن انظر ، يا رفاق ، إذا لم تنتشر هذه الامتدادات الشائعة ، فقد حان الوقت لتوسيع آفاقنا.
تقشير التكافؤ
لهذا السبب ، قام فريق من الباحثين بالبحث عن انتهاكات التكافؤ في ذاكرة التخزين المؤقت للبيانات الصادرة عن تجربة Compon Muon Solenoid (CMS) في LHC ؛ قاموا بتفصيل نتائجهم في دراسة نشرت في 29 أبريل لخادم ما قبل الطباعة arXiv. كان هذا بحثًا صعبًا جدًا ، نظرًا لأن LHC لم يتم إعداده حقًا للبحث عن انتهاكات التكافؤ. لكن الباحثين توصلوا بذكاء إلى طريقة للقيام بذلك عن طريق فحص بقايا الطعام في التفاعلات بين الجسيمات الأخرى.
النتيجة: لم يتم العثور على تلميحات بشأن انتهاك التكافؤ. مرحى للنموذج القياسي (مرة أخرى). على الرغم من أنه أمر محبط للغاية أن هذا البحث لم يفتح حدودًا جديدة للفيزياء ، إلا أنه سيساعد على توضيح عمليات البحث المستقبلية. إذا واصلنا البحث وما زلنا لا نظهر أي دليل على انتهاك التكافؤ خارج القوة النووية الضعيفة ، فإننا نعلم أن كل ما يكمن وراء النموذج القياسي يجب أن يحتوي على بعض الهياكل الرياضية نفسها مثل هذه النظرية الأساسية ويسمح فقط للقوة النووية الضعيفة تبدو مختلفة في المرآة.
