فيزياء نظرية

رئيسة سيرن CERN: قد تكون الفيزياء الكبيرة يائسة، غير أننا نحتاج إليها أكثر من أي وقتٍ مضى

نَضَبَت اكتشافاتُ الفيزياء الكبيرة، غير أن نموذج العمل التعاوني في سيرن CERN مثالٌ يحتذي به العالم في هذه الأوقات غير المستقرة سياسياً، كما تقول فابيولا جيانوتي Fabiola Gianotti رئيسة سيرن

بقلم: ريتشارد ويب

ترجمة: محمد الرفاعي

على الرغم من مدخل سيرن CERN المرتب، وخط الترام الحديث الذي ينطلق من أمام بابه إلى مركز مدينة جنيف Geneva، فإنه يصعب تمييزه من الخارج عن مؤسسات التعليم العالي الأخرى التي تحتاج إلى مسحةٍ من الدهان. غير أن أعلام 23 دولة التي ترفرف أمام مدخله الرئيسي، وهدير النشاط داخله، تخبرنا بقصةٍ أخرى. ويتربع سيرن على الحدود الفاصلة بين فرنسا وسويسرا، وهو أكبر مختبر فيزياء جسيمات في العالم، ويمثل تعاوناً علمياً لا نظير له على صعيد الحجم والطموح.

أُنشئ

 سيرن بمعاهدةٍ دوليةٍ في أعقاب الحرب العالمية الثانية، وكان الهدف من المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية European Council for Nuclear Research – ويُعرف اليوم كاختصارٍ مؤلفٍ من أوائل حروف كلمات اسمه باللغة الفرنسية- رعاية أنشطة البحث التعاونية في مجال الفيزياء الأساسية لأغراضٍ سلمية. واليوم، يستخدم نحو 12 ألف باحثٍ من أنحاء العالم منشآته في كل عام، وشَكَّلَ كذلك المسرح الذي شهد اكتشافات علمية وتكنولوجية جذرية – أهمها شبكة الإنترنت العالمية World Wide Web، التي اختُرِعَت بين جدرانه عام 1989 بغية السماح لفيزيائيي الجسيمات بتبادل البيانات عبر الحدود.

وتحقق أعظم انتصارات سيرن العلمية عام 2012 باكتشاف جسيم بوزون هيغز Higgs boson في ساحق الجسيمات مصادم الهادرونات الكبير Large Hadron Collider (اختصاراً: المصادم LHC)، الذي يبلغ محيطه 27 كيلومترًا. وبوزون هيغز هو الجسيم الذي يعطي كل الجسيمات الأساسية Fundamental particles الأخرى كتلتها. ومُنِحَ سيرن في العام نفسه منصب مراقبٍ مستقل في الأمم المتحدة؛ مما خوله المشاركة في الجمعية العمومية للأمم المتحدة UN’s General Assembly، وحضور مؤتمراتها. وهذا ليس إلا قليلا من كثيرٍ من المسؤوليات الملقاة على عاتق رئيسته.

ريتشادر ويب: ما مقدار صعوبة إدارة آلاف الفيزيائيين في سيرن؟

فابيولا جيانوتي: حسناً، إنني فيزيائية، لذا أشعر وكأنني في مكاني. والشيء الجميل في هذا المكان أن الأمر يتمحور دائماً حول العمل الجماعي. نحاول دائماً تبادل وجهات النظر المختلفة حول طاولة النقاش.

المصادم LHC مغلقٌ بغية تحديثه حتى عام 2021، ولديكم بياناتٌ جُمِعَت على مدار عقدٍ من الزمن منذ أن بدأ المصادم بالعمل عام 2008. هل أنتِ سعيدةٌ بما أُنجِزَ حتى الآن؟

بالتأكيد، نحن في غاية السعادة. فاكتشاف بوزون هيغز كان اكتشافاً مذهلاً؛ لأن هذا الجسيم مميز، ومختلفٌ بشدةٍ عن الجسيمات الـ 16 الأساسية الأخرى التي اكتشفناها وقسناها.

فجسيم هيغز مرتبطٌ بالقسم الأكثرِ غموضاً وتسبباً بالمشكلات في النموذج القياسي Standard model، وهي النظرية التي تصف الجسيمات الأولية وتفاعلها مع بعضها  بعضًا. وهو كذلك وسيلةٌ مميزة للبحث عن فيزياء خارج نطاق النموذج القياسي، وهذا ما قد يساعدنا على حل المزيد من الألغاز.

لكن المصادم LHC لم يكتشف أي شيءٍ جديد وغير متوقع في الفترة الماضية.

والقياس الدقيق لبوزون هيغز والعديد من الجسيمات المعروفة الأخرى مكننا من التقدم خطوةً إلى الأمام في فهمنا للفيزياء الأساسية. لكننا بالطبع لم نكتشف فيزياء جديدة.

قد يبدو هذا محبطاً، فدائماً يكون اكتشاف جسيماتٍ جديدةٍ أمراً مشوقاً وأخّاذاً. لكن نفي بعض الفرضيات والسيناريوهات مهم لأنه يساعدنا على توجيه اكتشافاتنا نحو أكثر الطرق الواعدة بالنتائج.

ألم يؤدي عدم اكتشاف جسيماتٍ جديدةٍ إلى كسر النموذج الناجح الذي تمتعت به فيزياء الجسيمات على مدار العقود الماضية؛ إذ يقترح الباحثون النظريون جسيماتٍ جديدةٍ، ومن ثم يعثر عليها العلماء التجريبيون؟

لم يكن الأمر كذلك دائماً في تاريخ فيزياء الجسيمات. كانت هناك أوقاتٌ قادت فيها النظرياتُ التجاربَ، وكانت هناك أوقاتٌ أخرى اكتشفت فيها التجاربُ العديدَ من الجسيمات فيما حاولت النظرية فهم هذه الجسيمات. الآن، وربما أكثر من أي وقتٍ مضى، يجب أن نحرز تقدماً على الصعيد التجريبي، كي نعطي بعض التلميحات للعلماء النظريين عن أكثر الاتجاهات تبشيراً لتطوير أفكارٍ جديدة.

تتنبأ بعض النظريات مثل التناظر الفائق  Supersymmetry، وهي نظريةٌ بإمكانها سد الفراغات الموجودة في فهمنا للكون التي لا يستطيع النموذج القياسي أن يملأها، بوجود العديد من الجسيمات الجديدة، غير أن المصادم LHC لم يكتشف أيّاً منها. هل يعني ذلك أن هذه النظريات لم تعد صالحة؟

يجب أن نكون حذرين جدّا حيال هذا الأمر. أعتبرُ التناظر الفائق نظريةً جميلةً جداً. وحقيقةُ أننا لم نجد أي دليل عليها قد تشير إلى أمرين اثنين: أولهما أن نظرية التناظر الفائق خاطئة. حسناً. أو أنها موجودةٌ في نطاق طاقةٍ أعلى بكثير مما نستكشفه الآن، أو ربما قد تتجلى بواسطة جسيماتٍ ذات وزنٍ خفيفٍ جدّا، وذات تفاعلٍ ضعيف جدّا.

“من واجب الإنسانية ومن حقها أن تفهم الكيفية التي تعمل بها الطبيعة”

ليس هدفنا الركض خلف نظريةٍ ما. فالنظريات قواعد انطلاقٍ جيدة، غير أن الطبيعة قد تختار طريقةً أخرى مختلفةً بالكامل. يجب أن نواجه الأسئلة المفتوحة – وهناك الكثير منها- كتلك المرتبطة ببوزون هيغز وكتلته، ومسألة المادة المعتمة Dark matter، ومسألة عدم التناظر بين المادة وضديد المادة Matter-Antimatter asymmetry، وغيرها.

ذكرتِ المادة المعتمة، هذه الكمية الهائلة غير المرئية من المادة التي يبين الرصد الكوزمولوجي ضرورة وجودها. لم يتمكن المصادم LHC من توليد أي شيءٍ يشبه جسيمات المادة المعتمة. فأين تختبئ إذاً؟

 قد تكون المادة المعتمة خفيفةً جداً أو ثقيلةً جداً. وربما لا تكون النافذة التي نطل منها للاستكشاف واسعةً بما فيه الكفايةً، أو ربما لا تتفاعل المادة المعتمة بطريقةٍ يمكن كشفها بالمصادم LHC أو مصادمٍ مستقبليٍ آخر. والمصادمات هي إحدى الطرق التي نمتلكها لاستكشاف المادة المعتمة، غير أنها ليست الوحيدة.

ألا يبدو أن الفيزياء الأساسية في حالة يأس وهي تحاول التفكير أكثر من اللازم في نظرياتٍ مثبتةٍ تخص أموراً كالمادة المعتمة، بدلا من البحث عن أفكارٍ جديدة؟

 أعتقد أنك على صواب. علينا أن نستكشف بعقولٍ منفتحةٍ. ولهذا السبب صُمِمَت تجارب المصادم LHC، وبالذات التجربتان ذاتا الهدف العام، ATLAS وCMS، بطريقةٍ تسمح لهما من حيث المبدأ بكشف أي جسيماتٍ جديدةٍ، سواءً أكان ذلك ضمن سيناريو نظريٍ متوقع كالتناظر الفائق أم الأبعاد الإضافية، أو شيءٍ آخر جديد. من المهم جداً أن يكون المجال واسعاً ومنفتحاً.

في وقتٍ سابقٍ في عام 2019 نشرت سيرن خططاً لبناء مصادمٍ حلقيٍ مستقبلي Future Circular Collider، وهو نسخةٍ أكبر من المصادم LHC. ما الذي يدفعكِ إلى الاعتقاد أن هذا هو الطريق الصحيح الذي ينتظر فيزياء الجسيمات؟

أولاً، تعمل سيرن على دراسات تصميمٍ وبحثٍ وتطويرٍ لمشروعين: الأول مصادمٌ خطي يصل طوله إلى نحو 50 كيلومتراً ويُسمى CLIC، مهمته مصادمة الإلكتروناتٍ Electron بالبوزيترونات Positron في اتجاهين  متعاكسين. وسيسمح ذلك بالحصول على دراساتٍ مفصلةٍ عن بوزون هيغز، يوفر ظروفا لاكتشاف الفيزياء الجديدة في مجالات طاقةٍ عاليةٍ جداً. والمشروع الثاني هو المصادم الحلقي المستقبلي، وهو مصادمٌ حلقيٌ كألمصادم LHC، غير أنه أكبر منه بثلاث مرات.

وهذان المصادمان ليسا أكبر حجما فقط، بل مزودان بالكثير من المعدات الأكثر تعقيداً، وبالتكنولوجيا المتطورة، التي ستسمح لنا بالقفز خطوةً كبيرةً إلى الأمام فيما يخص طاقة وشدة حزم الجسيمات مقارنةً بالمصادمات الأخرى.

ما الفائدة من هذا؟

باستطاعة المصادم الحلقي المستقبلي أن يصادم حزم الإلكترونات بالبوزيترونات، وحزم البروتونات ببعضها بعضا في أكثر من تجربة. ومصادم الإلكترونات والبوزيترونات لن يسمح بدراساتٍ تفصيليةٍ لجسيم بوزون هيغز فقط، بل ولجسيماتٍ معروفةٍ أخرى. أما مصادم البروتونات بالبروتونات، فسيسمح بإنتاج ودراسة جسيمات جديدةٍ وثقيلةٍ.

تقترح بعض النماذج النظرية عدم وجود جسيماتٍ جديدةٍ في مجالات الطاقة الذي يمكننا عملياً الوصول إليها عن طريق المصادمات. ألن يكون بناءُ هذه المصادمات مقامرةً كبيرةً؟

 ما هي الغاية من فيزياء الجسيمات، وبالتحديد من المصادمات؟ هل هي اكتشاف جسيماتٍ جديدةٍ، أم انتقال فهمنا للفيزياء الأساسية إلى مرحلة متقدمة؟

إن مصادم الإلكترونات والبوزيترونات الكبير Large Electron-Positron Collider (اختصاراً: المصادم LEP Collider)، وهو سلف المصادم LHC، لم يكتشف أي جسيمٍ، غير أنّ هناك بعض المشروعات في تاريخ فيزياء الجسيمات ساعدت كثيراً على تطوير فهمنا للتفاعلات الأساسية.

الهدف من أي استكشافٍ علمي هو زيادة فهمنا للطبيعة. اكتشاف جسيمٍ جديدٍ هو إحدى الطرق، غير أن القياس الدقيق لخواص الجسيمات المعروفة مهم بقدر استبعاد الأفكار التي لا تستند إلى الأدلة.

بمَ تردين على من يقول إن فيزياء الجسيمات لا تستحق إنفاق كل هذه الأموال عليها، وإنّ الموارد يجب أن تُوجَهَ إلى أمورٍ أخرى كالتخفيف من أثر التغيّر المناخي؟

 من الواضح أن علينا أن ننفق الأموال على تخفيف أثر التغير المناخي. غير أنّ أحد الأمرين لا ينفي أهمية الآخر. أعتقد أن من واجب وحق الإنسانية أن تفهم الكيفية التي تعمل بها الطبيعة، كيف تطور الكون، وكيف سيتطور في المستقبل. توسيع نطاق معرفتنا هو مَطمَحُنَا وواجبنا.

فضلاً عن هذا، فالعلم بشكلٍ عام، وفيزياء الجسيمات بشكلٍ خاص، محركٌ لعجلة الابتكارات؛ لأن أهدافنا غالباً ما تكون عالية الطموح؛ مما يستلزم تطوير تكنولوجيا جديدة. ومن سيرن بمفردها، فقد ظهرت اختراعاتٌ جانبيةٌ هائلة: كشبكة الإنترنت العالمية، والتطبيقات الطبية، والعديد غيرها.

وهناك هدفٌ آخر للعلم في هذا الزمن: رعاية التعاون الذي يتخطى الحدود إلى كل أرجاء العالم. وفي عالمٍ مُحَطَمٍ يعج بالقوى التي تمزقه ولا تلم شمله، يبقى العلم مثالاً تتطلع إليه الإنسانية، يجسد ما قد يحدث عندما نستخدم تنوعنا الثقافي في العمل معاً لإنجاز شيءٍ جيد.

هل يمكن لهذا النوع من المبادئ أن يزدهر في هذه الفترة العصيبة من العلاقات الدولية؟

أعتقد أن العلم يحمل رسالة سلامٍ وتعاونٍ في هذا الوقت الحساس. وربما بإمكانه أكثر حتى من الفن أن يقرّب الناس من أنحاء الأرض إلى بعضهم، لأنه يعتمد على الحقائق لا على الآراء. فقوانين الطبيعة هي ذاتها هنا كما هي في المملكة المتحدة، في الولايات المتحدة، وفي الصين، لذا ليس بمقدور أحدٍ أن يحتج عليها.

العلم “صمغٌ” قويٌ يربط الناس باختلاف ثقافاتهم، تقاليدهم، جوازات سفرهم، أديانهم ومعتقداتهم السياسية. في سيرن، يجلس علماء على الطاولة نفسها من بلدانٍ لن تجتمع معاً على طاولة المفاوضات السياسية. وهذه رسالةٌ شديدة الأهمية.

ذكرتِ أنّ قوة العلم تجمع الناس، غير أنه في العام الماضي، تصدّرت سيرن عناوين الأخبار لأسبابٍ سيئة، عندما ذمَّ الباحث النظري أليساندرو ستروميا Alessandro Strumia النساءَ العاملاتِ في الفيزياء خلال ندوةٍ لسيرن. هل عرقل هذا مهمتكم؟

 لقد كانت هذه فرصةً لنا كي نعيد التأكيد على أهمية التنوع في كل صوره. نحن لا نسعى إلى تحقيق التنوع بناءً على الجنس فقط، بل وللتنوع الإثني والثقافي وغيرهما. يعني التنوع توفيرَ فرصٍ متساويةٍ للجميع، وللأسف فهذا ليس الواقع هنا. ما زلنا نعاني فجوةً بين الجنسين، فضلاً عن فجوةٍ بين الدول المتطورة والنامية، بين الأغنياء والفقراء. إننا نعيش في عالمٍ تتوسع فيه التكنولوجيا بخطىً سريعة؛ مما يعرضنا لخطر زيادة الاختلافات وعدم المساواة.

ما الذي يمكن أن يقدمه مكانٌ كسيرن في هذا الخصوص؟

بإمكاننا الاستمرار في تحسين ودعم وتوسيع العلوم المفتوحة، ليكون ما نفعله، وما ننشره، وما نطوره متاحاً للجميع. في عام 1993 جعلنا الشبكة متوفرةً للجميع لكي يستخدموها ويطوروها دون دفع عوائد الملكية الفردية، ومازال الأمر قائماً حتى اليوم. نطور أيضاً معداتٍ وبرامج مفتوحة المصدر. ننشر نتائج أبحاثنا في دورياتٍ علميةٍ ذات وصولٍ مفتوحٍ، ومتوفرةٍ للجميع بالمجان. وبياناتُنا تتوفر للجميع بعد أن تُفهَمَ وتُعايَرَ بشكلٍ جيد.

أما المكون الآخر الذي نركّز عليه؛ فهو التعليم، إذ نوفر التدريب لكل شخص، ونحاول الوصول إلى البلدان التي لا تتصدر العلوم والتكنولوجيا. ولدينا العديد من المبادرات، فعلى سبيل المثال، هناك برنامجٌ صيفي يشمل طلبة من دولٍ غير غنية؛ أي إننا نحاول في مكاننا الصغير هذا أن نقدم الخير للعالم.

ما هو الإنجاز الذي يُشعِرُكِ بالفخر أكثر من سواه، سواءً على الصعيد الشخصي أم فيما يتعلق بسيرن؟

 من منطلقٍ مهنيٍّ علمي، أتيحت لي الفرصة لأكون في مشروع المصادم LHC منذ انطلاقته، وأعملَ على تطوير الكاشفات Detector وتقنيات التحليل لتجربة ATLAS، وبعدها كنت في الصدارة وقت اكتشاف بوزون هيغز. وقد حقق ذلك لي رضًا كبيراً. وقد أُفسِح لي المجال لأنمو في هذا المختبر، وأنا في غاية الامتنان لما حققته، ليس لأنني فيزيائيةً فحسب، بل لأنني إنسانة. وقد ساعدني ذلك على أن أكون شخصيةً منفتحةً ومتسامحة. وأعتقد أن الجو في هذا المكان في غاية التميز. هناك بعض الأماكن مثله؛ غير أنها ليست بالكثيرة. يجب أن نعتز بهذه الأماكن، لأن العالم حتماً في أمسّ الحاجة إليها.

© 2020, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC.

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

I agree to these terms.

زر الذهاب إلى الأعلى