يكشف علماء CERN عن خطط لـ MATHUSLA، وهو ترقية لمصادم الهادرونات الكبير الذي يمكن أن يكشف أخيرًا عن فيزياء جديدة

من الممكن أن يحصل أكبر جهاز تحطم ذرات في العالم على ترقية.

ال مصادم هادرون الكبير تم بناء (LHC)، الموجود في مختبر CERN على الحدود السويسرية الفرنسية، منذ أكثر من عقد من الزمن مع وضع هدفين في الاعتبار. أولاً: إثبات وجود هيغز بوزونوهو الجسيم الأساسي للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، والذي تم التنبؤ به منذ فترة طويلة في الستينيات؛ وثانيًا، العثور على أي جسيمات جديدة، خاصة تلك التي يمكن أن تثبت صحة واحدة من العديد من المنافسين للنظريات الفيزيائية خارج نطاق الكون النموذج القياسي.

ولكن في حين أثبت مصادم الهادرونات الكبير نجاحه عندما يتعلق الأمر بجسيمات هيغز، التي أكد علماء المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) وجودها في عام 2012، فإن محطم الذرات كان أيضًا فاشلاً عندما يتعلق الأمر بالجسيمات الجديدة. وعلى الرغم من أكثر من عقد من البحث، لم يعثر المصادم على أي أثر لأي فيزياء خارج النموذج القياسي.

إن الفشل في العثور على جزيئات جديدة ليس بالأمر السيئ تمامًا. وقد أدت النتائج السلبية المستمرة إلى دحض العديد من النماذج البديلة، مما يعني أن العلماء على الأقل يعرفون أي الأفكار السيئة والتي لم تعد تستحق العمل عليها. لكن الافتقار إلى النتائج الإيجابية ترك الحديث أيضًا فيزياء الجسيمات في الظلام، مع القليل من الأدلة حول الأفكار الافتراضية التي قد لا تزال تستحق المتابعة.

إن مصادم الهدرونات الكبير (LHC)، على الرغم من قوته في رؤية الجسيمات دون الذرية، لديه نقطة عمياء. وقد تم تصميمه مع أخذ بعض الجزيئات الافتراضية بعين الاعتبار، خاصة تلك التي تحتوي على شحنة كهربائية وليس لها عمر طويل. وهناك فئة من الجسيمات الافتراضية، المعروفة بالجسيمات المحايدة طويلة العمر، والتي يمكن أن تنزلق عبر الكاشفين الرئيسيين في LHC دون سابق إنذار. لذا ربما كانت الآلة العملاقة تكشف عن فيزياء جديدة كل يوم، لكن تلك الجسيمات كانت غير قابلة للاكتشاف.

متعلق ب: يزعم العلماء أنهم عثروا على “أول دليل رصدي يدعم نظرية الأوتار”، والذي يمكن أن يكشف أخيرًا عن طبيعة الطاقة المظلمة

هذه الحقيقة لم تغب عن مصممي LHC الأصليين. بعد وقت قصير من بدء تشغيل المصادم، اجتمع فريق لتصميم كاشف إضافي للبحث عن الجسيمات طويلة العمر. هذا الكاشف، المعروف باسم MATHUSLA – والذي سمي على اسم متوشالح، الشخصية التوراتية التي من المفترض أنها عاشت لأكثر من 900 عام، ويرمز إلى منظار التوقيت الضخم للجسيمات المحايدة فائقة الاستقرار – هو في مراحل التصميم النهائية. وفقا لتقرير من قبل أكثر من 30 عالمًا مشاركًا في المشروع، وتم نشره في 26 مارس على خادم الطباعة المسبقة arXiv.

وإذا ظل التمويل على المسار الصحيح، يأمل الفريق أن يبدأ البناء هذا العام.

الاستيقاظ ماثوسلا

سيتكون MATHUSLA من غرفة عملاقة يبلغ عرضها 130 قدمًا (40 مترًا)، مملوءة بالهواء فقط ومحاطة بأجهزة الكشف. سيتم وضعه على بعد حوالي 330 قدمًا (100 متر) من شعاع المصادم الرئيسي، مع ملء الفراغ بينه بالتراب والصخور.

في فيزياء الجسيمات، مصطلح “طويل العمر” هو مصطلح نسبي. في هذه الحالة، يبلغ عمر العديد من الجسيمات الافتراضية حوالي بضع مئات من النانو ثانية، وهي فترة أبدية مقارنة بالغالبية العظمى من الجسيمات التي تتم دراستها حاليًا في مصادم الهادرونات الكبير (LHC).

إذا نجح MATHULSA، فسوف ينتظر الكاشف الإضافي حتى تصل إحدى هذه الجسيمات طويلة العمر إلى الغرفة الرئيسية. وهناك سوف تتحلل إلى وابل من الجسيمات الأخرى، وستبحث مجموعات من أجهزة الاستشعار عن وهجها.

يمكن للجسيمات طويلة العمر أن تمنح الفيزيائيين نظرة ثاقبة حول الطبيعة التفصيلية لجسيم هيغز، ورفاقه المحتملين لهيغز، وتفسيرات لسبب ضعف قوة الجاذبية. بل قد يساعدون في الكشف عن هوية المادة المظلمة – المادة الغامضة التي من المتوقع أن تشكل حوالي 85٪ من جميع المواد في الكون ومع ذلك لا تزال غير معروفة إلى حد كبير للعلم.

مع إمكانية الوصول إلى هذه النتائج المثيرة، دعونا نأمل فقط ألا نضطر إلى الانتظار 900 عام حتى يتم بناء MATHUSLA.