التناظر الفائق: اتصال شبحي محتمل بين الجسيمات

أي شخص درس العلوم الأساسية يعرف عن الذرة: اللبنة الأساسية للمادة كما نعرفها. كلنا ، مع كوكبنا ، النظام الشمسي ، النجوم ، والمجرات ، مصنوعون من الذرات. لكن الذرات نفسها تُبنى من وحدات أصغر بكثير تسمى "الجسيمات دون الذرية" - إلكترونات وبروتونات ونيوترونات. تسمى دراسة هذه والجسيمات دون الذرية الأخرى "فيزياء الجسيمات" دراسة طبيعة والتفاعلات بين هذه الجسيمات التي تتكون منها المادة والإشعاع.

أحد أحدث المواضيع في بحث فيزياء الجسيمات هو "التناظر الفائق" الذي يشبه الخيط نظريةيستخدم نماذج من سلاسل أحادية البعد بدلاً من الجسيمات للمساعدة في تفسير بعض الظواهر التي لا تزال غير مفهومة جيدًا. تقول النظرية أنه في بداية الكون عندما تم تكوين الجسيمات الأولية ، تم إنشاء عدد متساوٍ مما يسمى "الجسيمات الفائقة" أو "الشركاء الفائقين" في نفس الوقت. على الرغم من أن هذه الفكرة لم يتم إثباتها بعد ، إلا أن الفيزيائيين يستخدمونها أدوات مثل مصادم الهادرون الكبير للبحث عن هذه الجسيمات الفائقة. إذا كانت موجودة ، فستضاعف على الأقل عدد الجسيمات المعروفة في الكون. لفهم التناظر الفائق ، من الأفضل أن تبدأ بإلقاء نظرة على الجسيمات هم معروف ومفهوم في الكون.

الجسيمات دون الذرية ليست أصغر وحدات المادة. وهي تتكون من أقسام أصغر تسمى الجسيمات الأولية ، والتي يعتبرها الفيزيائيون أنفسهم بمثابة إثارة للحقول الكمومية. في الفيزياء ، الحقول هي مناطق حيث تتأثر كل منطقة أو نقطة بقوة ، مثل الجاذبية أو الكهرومغناطيسية. يشير "الكم" إلى أصغر كمية من أي كيان مادي يشارك في التفاعلات مع الكيانات الأخرى أو المتأثرة بالقوى. يتم قياس طاقة الإلكترون في الذرة. جسيم الضوء ، يسمى الفوتون ، هو كمية واحدة من الضوء. في مجال ميكانيكا الكم أو فيزياء الكم هي دراسة هذه الوحدات وكيف تؤثر القوانين الفيزيائية عليها. أو ، فكر في الأمر على أنه دراسة الحقول الصغيرة جدًا والوحدات المنفصلة وكيف تتأثر بالقوى المادية.

يتم وصف جميع الجسيمات المعروفة ، بما في ذلك الجسيمات دون الذرية ، وتفاعلاتها بواسطة نظرية تسمى النموذج القياسي. لديها 61 جزيئات أولية يمكن أن تتحد لتشكل جسيمات مركبة. لم يتم بعد وصف كامل للطبيعة ، ولكنه يعطي ما يكفي لمحاولة فيزيائيي الجسيمات وفهم بعض القواعد الأساسية حول كيفية تكوين المادة ، خاصة في وقت مبكر كون.

يصف النموذج القياسي ثلاثًا من أربع قوى أساسية في الكون: القوة الكهرومغناطيسية (التي تتعامل مع التفاعلات بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا) ، القوة الضعيفة (الذي يتعامل مع التفاعل بين الجسيمات دون الذرية التي تؤدي إلى الاضمحلال الإشعاعي) ، و القوة القوية (الذي يجمع الجسيمات معًا على مسافات قصيرة). لا يشرح قوة الجاذبية. كما ذكر أعلاه ، فإنه يصف أيضًا الجسيمات الـ 61 المعروفة حتى الآن.

لقد أدت دراسة أصغر الجسيمات والقوى التي تؤثر عليها وتحكمها إلى قيام الفيزيائيين بفكرة التناظر الفائق. يؤكد أن جميع الجسيمات في الكون مقسمة إلى مجموعتين: بوزونات (والتي يتم تصنيفها فرعيًا إلى بوزونات قياس وبوزون عددي واحد) و الفرميونات (التي تصنف على أنها جزيئات الكواركات والعوارض ، ولبتونات ومضادات اللبتونات ، وأجيالها المختلفة). الحضارات هي مركبات من الكواركات المتعددة. تفترض نظرية التناظر الفائق أن هناك صلة بين جميع أنواع الجسيمات والأنواع الفرعية. لذا ، على سبيل المثال ، يقول التناظر الفائق أن الفرميون يجب أن يكون موجودًا لكل بوزون ، أو ، بالنسبة لكل إلكترون ، يقترح أن هناك شريكًا فائقًا يسمى "سيليكترون" والعكس صحيح. يرتبط هؤلاء الشركاء الفائقين ببعضهم البعض بطريقة ما.

التناظر الفائق هو نظرية أنيقة ، وإذا ثبت أنه صحيح ، فسوف يقطع شوطا طويلا نحو المساعدة علماء الفيزياء شرح كامل لبنات المادة داخل النموذج القياسي وجلب الجاذبية في يطوى. حتى الآن ، ومع ذلك ، لم يتم الكشف عن جزيئات superpartner في التجارب باستخدام مصادم هادرون كبير. هذا لا يعني أنها غير موجودة ، ولكن لم يتم اكتشافها بعد. يمكن أن يساعد أيضًا فيزيائيي الجسيمات على تحديد كتلة الجسيمات دون الذرية الأساسية جدًا: بوزون هيجز (وهو مظهر من مظاهر شيء يسمى حقل هيجز). هذا هو الجسيم الذي يعطي كل المادة كتلتها ، لذلك من المهم أن نفهمها بدقة.

في حين أن مفهوم التناظر الفائق ، على الرغم من تعقيده الشديد ، إلا أنه في صميمه هو طريقة للتعمق في الجسيمات الأساسية التي يتكون منها الكون. في حين يعتقد علماء فيزياء الجسيمات أنهم وجدوا الوحدات الأساسية للغاية للمادة في العالم شبه الذري ، إلا أنهم لا يزالون بعيدين عن فهمها بالكامل. لذا ، سيستمر البحث في طبيعة الجسيمات دون الذرية وشركائها الفائقين المحتملين.

قد يساعد التناظر الفائق أيضًا الفيزيائيين على عدم الدخول طبيعة المادة المظلمة. إنه شكل غير مرئي (حتى الآن) من المادة يمكن اكتشافه بشكل غير مباشر من خلال تأثير الجاذبية على المادة العادية. يمكن أن يعمل جيدًا على أن الجسيمات نفسها التي يتم البحث عنها في أبحاث التناظر الفائق يمكن أن تحمل دليلاً على طبيعة المادة المظلمة.