علماء CERN يحلون لغز فيزياء الجسيمات منذ عقود

باحثون من TUM يعملون في سيرنتوصلوا إلى اكتشاف رائد يكشف عن كيفية تشكل الديوترونات.

تمت الإجابة على سؤال آخر طويل الأمد في فيزياء الجسيمات. العلماء الذين يعملون في تجربة ALICE في مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN، بقيادة باحثين من مختبر CERN الجامعة التقنية في ميونيخ (TUM)، لاحظوا بشكل مباشر كيف يتم إنشاء بعض أبسط النوى الذرية وما يعادلها من المادة المضادة في تصادمات الجسيمات الشديدة. تتكون كل من هذه النوى، المعروفة باسم الديوترونات والديوترونات المضادة، من وحدتين بناء فقط، مما يجعلها مجسات مثالية لدراسة القوى الأساسية في الطبيعة.

في قلب كل نواة ذرية يوجد التفاعل القوي، القوة التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا. وفي الدراسة الجديدة، وجد الباحثون أن البروتونات والنيوترونات اللازمة لتكوين الديوترونات غير موجودة منذ بداية الاصطدام. وبدلاً من ذلك، فإنها تنشأ من اضمحلال حالات جسيمية قصيرة العمر للغاية وعالية الطاقة (ما يسمى بالرنينات) ثم تتحد لتشكل نوى خفيفة. تنطبق نفس العملية على نظيراتها من المادة المضادة. ونشرت النتائج في المجلة الرائدة طبيعة.

تجري التجارب في تصادمات البروتونات في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN)، حيث ترتفع درجات الحرارة لفترة وجيزة إلى أكثر من 100000 مرة أكثر سخونة من مركز الشمس. وفي ظل هذه الظروف العنيفة، كان من المتوقع أن تنهار الأجسام الحساسة مثل الديوترونات ومضادات الديوترونات على الفور تقريبًا. بعد كل شيء، يتكون الديوترون من بروتون واحد ونيوترون واحد فقط، مرتبطين معًا بقوة ربط ضعيفة نسبيًا.

وعلى الرغم من ذلك، فقد تمت ملاحظة هذه النوى الخفيفة مرارًا وتكرارًا في التجارب السابقة. تظهر القياسات الجديدة الآن السبب: حوالي 90% من الديوترونات (المضادة) المرصودة تتشكل من خلال مسار اضمحلال الرنين هذا، وتظهر لاحقًا، بعد أن تبدأ الظروف في البرودة.

فهم أفضل للكون

تؤكد عالمة فيزياء الجسيمات بجامعة TUM، البروفيسورة لورا فابيتي، الباحثة في مجموعة ORIGINS Cluster of Excellence وSFB1258، على أن “نتائجنا هي خطوة مهمة نحو فهم أفضل لـ “التفاعل القوي” – تلك القوة الأساسية التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا في النواة الذرية. تظهر القياسات بوضوح: لا تتشكل النوى الضوئية في المرحلة الأولية الساخنة من الاصطدام، ولكن في وقت لاحق، عندما تصبح الظروف أكثر برودة إلى حد ما”. وأكثر هدوءًا.”

يشرح الدكتور ماكسيميليان ماهلين، الباحث في كرسي فابيتي للمواد الهادرونية الكثيفة والغريبة في كلية TUM للعلوم الطبيعية: “إن اكتشافنا مهم ليس فقط لأبحاث الفيزياء النووية الأساسية. تتشكل النوى الذرية الخفيفة أيضًا في الكون – على سبيل المثال، في تفاعلات الأشعة الكونية. ويمكنها أيضًا تقديم أدلة حول المادة المظلمة التي لا تزال غامضة. ومع النتائج الجديدة التي توصلنا إليها، يمكن تحسين نماذج كيفية تشكيل هذه الجسيمات، تفسير البيانات الكونية بشكل أكثر موثوقية.”

مزيد من المعلومات

سيرن (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) هو أكبر مركز أبحاث في العالم لفيزياء الجسيمات. تقع على الحدود بين سويسرا وفرنسا بالقرب من جنيف. محورها هو LHC، وهو عبارة عن معجل حلقي تحت الأرض يبلغ طوله 27 كيلومترًا. وفيه تتصادم البروتونات بسرعة تقارب سرعة الضوء. تعيد هذه الاصطدامات خلق ظروف مشابهة لتلك التي كانت موجودة بعد الانفجار مباشرة الانفجار العظيم – درجات الحرارة والطاقات التي لا تحدث في أي مكان في الحياة اليومية. وبالتالي يمكن للباحثين التحقق من كيفية تنظيم المادة في مستواها الأساسي والقوانين الطبيعية التي تنطبق هناك.

ومن بين التجارب التي أجريت في LHC، أليس (تجربة المصادم الأيوني الكبير) تم تصميمه خصيصًا لدراسة خصائص ما يسمى بالتفاعل القوي – القوة التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا في النوى الذرية. تعمل ALICE ككاميرا عملاقة، قادرة على تتبع وإعادة بناء ما يصل إلى 2000 جسيم تم إنشاؤه في كل تصادم بدقة. الهدف هو إعادة بناء ظروف الأجزاء الأولى من الثانية في الكون – وبالتالي فهم أفضل لكيفية ظهور حساء من الكواركات والجلونات لأول مرة في نوى ذرية مستقرة، وفي نهاية المطاف إلى المادة.

ال مجموعة أصول التميز يبحث في تكوين وتطور الكون وهياكله – من المجرات والنجوم والكواكب إلى اللبنات الأساسية للحياة. يتتبع كتاب الأصول المسار من أصغر الجسيمات في الكون المبكر إلى ظهور الأنظمة البيولوجية. تشمل الأمثلة البحث عن الظروف التي يمكن أن تمكن الحياة خارج كوكب الأرض وفهم أعمق للمادة المظلمة. في مايو 2025، تمت الموافقة على مرحلة التمويل الثانية للمجموعة، والتي تم اقتراحها بشكل مشترك من قبل TUM وLudwig-Maximilians-Universität München (LMU)، كجزء من استراتيجية التميز التنافسية للغاية للحكومة الفيدرالية الألمانية وحكومات الولايات.

ال مركز الأبحاث التعاونية “النيوترينوات والمادة المظلمة في فيزياء الفلك والجسيمات” (SFB 1258) يركز على الفيزياء الأساسية، حيث يكون التفاعل الضعيف، وهو إحدى القوى الأساسية الأربع في الطبيعة، أمرًا مركزيًا. بدأت فترة التمويل الثالثة لـ SFB1258 في يناير 2025.

المرجع: “ملاحظة تكوين الديوترون ومضاد الديوترون من نويات اضمحلال الرنين” بواسطة تعاونية ALICE، 10 ديسمبر 2025، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-025-09775-5

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.