أكد العلماء في سيرن أن المصادم LHC إكتشف جسيمين جديدين، وربما اكتشف الثالث

مصادم الهدرونات الكبير مرة أخرى في قلب الأحداث، ويظهر لنا عجائب جديدة في عالم فيزياء الجسيمات. وقد لاحظ العلماء الذين يعملون بصورة تعاونية في مصادم الهادرون الكبير (LHCb) جسيمين جديدين لم يسبق لهما رؤيته من قبل – وشاهدوا دليلا على الثالث.

الجسيمان الجديدان، اللذان تنبأ بهما نموذج الكوارك القياسي، هما الباريونات – نفس عائلة الجسيمات التي تستخدمها البروتونات في تجارب تسارع الجسيمات LHC.

الباريونات هي أكثر ما تتكون منه الكون، بما في ذلك البروتونات والنيوترونات – وهي جسيمات مركبة تتكون من ثلاثة جسيمات أساسية تسمى الكواركات، والتي لها “نكهات” مختلفة، أو أنواع:up/down سُفلي/عُلوي، charm/strange غريب/فاتن، و top/bottom قعري/قمّي.

تتكون البروتونات من كواركين علويين وكوارك سفلي واحد، في حين تتكون النيوترونات من كوارك علوي واحد وكواركين سفليين، على سبيل المثال. لكن الجسيمين الجديدين اللذين تم اكتشافهما لهما تركيبة مختلفة قليلاً.

يدعى Σb (6097) + و Σb (6097) -، ويتكونان من كواركين علويين وكوارك قعري واحد؛ واثنان من الكوارك السفلي وكوارك قعري واحد على التوالي. تُعرف هذه الجسيمات باسم باريونات القاع، وترتبط بأربعة جسيمات سبق رصدها في فيرمي لاب.

ومع ذلك، فإن الملاحظات الجديدة تشير إلى أنها المرة الأولى التي اكتشف فيها العلماء هذه النظراء ذات الكتلة العالية. فهي أكبر بنحو ستة أضعاف من البروتون.

إذن ما هو مرشح الجسيم الثالث الذي ذكرناه سابقا؟ يعتقد الباحثون أنه قد يكون نوعًا غريبًا من الجسيمات المركبة التي تسمى الكواركات الرباعية. هذه هي نوع غريب من الميزون، والتي عادة ما يتكون من اثنين من الكواركات. لكن يتألف الكوارك الرباعي من أربعة كواركات – حسنا، اثنين من الكوارك واثنين من الكوارك المضاد، لتكون أكثر دقة.

لقد كانت الأدلة الرصدية للكواركات الرباعية بعيدة المنال إلى حد كبير، وهذا هو الحال أيضا هنا. تم الكشف عن دليل على الجسيم المرشح، يدعى Zc – (4100)، ويتضمن اثنين من الكواركات الساحرة الثقيلة، التي اكتشفت في بقايا ميزون B الأثقل.

لكن الكشف كان له معنوية(مقياس إحصائي) أكثر من 3 انحرافات معيارية. العتبة المعتادة للمطالبة باكتشاف جسيم جديد هي 5 انحرافات معيارية. سوف تأخذ الملاحظات المستقبلية إما لتأكيد أو دحض وجود Zc – (4100).

الباريون: هو جسيم دون ذري مركب يحتوي على ثلاث كواركات، على عكس الميزون الذي هو من نفس العائلة، ولكن يحتوي على كوارك واحد ونقيض كوارك. ولكن يبقى الباريون والميزون جزءاً من عائلة جسيمات أكبر وهي الهادرونات.

وقد اعتقد إلى وقت قريب جدا بأن هناك تجارب أظهرت بوجود بنتاكوارك- وهي باريونات “شاذة” مخلقة من أربعة كواركات ونقيض كوارك واحد.

لكن مجتمع فيزياء الجسيمات ككل لا يرى بوجودها على الأرجح خلال عام 2006. وفي عام 2008 تم النظر بدلائل قد تكون وبشكل قوي ضد وجود بنتاكوارك المذكورة

بما أن الباريونات تحتوي على كواركات، فإنها ترتبط مع بعضها بتآثر قوي. على عكس من اللبتونات التي لا تحتوي على كواركات فإن ارتباطها لايحتاج أن يكون تآثر قوي. معظم الباريونات هي بروتونات أو نيوترونات التي يتكون منها معظم المادة المنظورة المتوفرة في الكون، في حين أن الإلكترونات (العنصر الرئيسي الآخر للذرة) هي لبتونات. لكل باريون له جسيم مضاد نظير له (ضديد باريون)، حيث تستبدل الكواركات بكواركات مضادة نظيرة لها. فعلى سبيل المثال، يحتوي البروتون على اثنين كواركات علوية وواحد سفلي; ونظيره مضاد بروتون يحتوي على اثنين كواركات مضادة علوية وواحد كوارك مضاد سفلي.

كلمة الباريون (بالإنجليزية: Baryon) هي مشتقة من الكلمة الإغريقية βαρύς (باري) وتعني الثقيل، وسبب التسمية أنه اعتقد وقت اكتشافه بأنه أثقل جسيم أولي من ناحية الكتلة

الباريون هو عبارة عن جسيم موجود داخل الذرة يتكون من ثلاثة من جسيمات الكوارك (Quark) والباريون الأكثر استقراراً هو الحاوي على بروتونات ونترونات. لذلك يمكن القول أن الدعامة الأساسية للمادة هي عبارة عن باريونات.

تعود كلمة باريون الى اليونانية القديمة (Barys) والتي تعني “ثقيل”. وذلك نظراً لأنه عند اكتشافه كان الباريون هو أثقل الجسيمات العنصرية المكتشفة في الذرة.

الكوارك (Quark):

يمتلك جسيم الكوارك العديد من الخصائص كامتلاكه للشحنة الكهربائية، الكتلة، لون الشاردة بالاضافة الى اللف الذاتي. ويوجد ستة أنواع من الكوارك هي: (up, down, strange, charm, top, and bottom) (من الصعب ترجمتها للعربية لتشابه المعاني). والكوارك “Up” و “down” تمتلك الكتلة الأخفض بين بقية الأنواع كما أنها الأكثر استقراراً وتواجداً وأنواع الكوارك الأخرى دائماً ما تتحول الى أحد هذين النوعين.

ولكل نوع من أنواع الكوارك السابقة يوجد ما يقابله من الجسيم المضاد (antiparticle) يعرف بالكوارك المضاد (antiquark) ومن هنا يمكن استنتاج أن لكل باريون “باريون مضاد” (antibaryon) يحتوي على مجموعة مضادة من الكوارك(antiquarks).

الهادرون (Hadron):

هو جسيم مركب من عدد من جسيمات الكوارك، لذلك يمكن اعتبار الباريون فرد من أفراد عائلة الهادرون المؤلفة من: الباريونات (Baryons) ويحتوي(3 كوارك)، الميزونات (Mesons) ويحتوي (2 كوارك) كما يمكن في ظروف معينة تواجد البنتاكوارك (Pentaquarks) ويحتوي (5 كوارك) و ثنائي الباريون (Dibaryon) ويحتوي (6 كوارك). ولا يمكن تواجد جسيم كوارك منفرداً بسبب التناظر بين الجسيمات.

الباريون الحاوي على اثنين من جسيمات الكوارك الثقيلة:

في تموز 2017 استطاع عدد من الفيزيائيين من الجمعية الأوربية للبحوث النووية (CERN) اثبات وجود باريون يحتوي على اثنين من جسيمات الكوارك الثقيلة فهو يتألف من جسيمين من الكوارك الثقيل من نوع “Charm” وجسيم كوارك خفيف من نوع “Up” ويمتلك هذا الباريون شحنتين موجبتين. ويعتبر هذا الاثبات هو الأول من نوعه على الرغم من افتراض وجود هذا النوع من الباريونات منذ عام 1970 ولكن لم يستطع أحد اثبات ذلك من قبل.

وقد استطاع الباحثون اكتشاف هذا الباريون (Ξcc++) من خلال استخدام مصادم الهادرونات Large Hadron Collider beauty ويرمز له (LHCb) ويمتلك هذا الجسيم كتلة قدرها ( 3,621 MeV) ميغا الكترون فولط. وهذه الكتله تجعله أثقل من البروتون بأربع مرات ويعود ذلك لاحتوائه على جسيمي الكوارك الثقيلين “Charm” وكل واحد منهما يمتلك كتلة قدرها (1.275 MeV) ميغافولط.

المصادر: 1