اكتشاف جسيم جديد في سيرن بعد ترقية مصادم الهادرونات الكبير

أعلن مختبر سيرن للفيزياء بأوروبا أن مصادم الهادرونات الكبير (LHC) قد اكتشف جسيمًا جديدًا هو الجسيم رقم 80 الذي اكتُشِفَ بوساطة أقوى مصادم جسيمات في العالم. وقد أُطلق على هذا الجسيم الجديد اسم Xi-cc-plus.

يأمل العلماء أن يكشف هذا الجسيم، الذي يشبه البروتون لكنه يفوقه في الكتلة بمقدار أربعة أضعاف، معلومات أكثر عن السلوك الغريب لميكانيكا الكم.

إن كل المادة التي تحيط بنا، بما في ذلك البروتونات والنيوترونات التي تشكل نوى الذرات، تتكون من الباريونات، هذه الباريونات تتكون بدورها من ثلاثة كواركات وهي اللبنات الأساسية للمادة. وتأتي الكواركات في ستة أنواع تُسمى اصطلاحًا "النكهات" وهي : العلوي (Up)، والسفلي (Down)، والساحر (Charm)، والغريب (Strange)، والقَمّي (Top)، والقاعي (Bottom)، يتفاوت كل منها في الكتلة والشحنة الكهربائية والخصائص الكمية.

يمكن لأنواع عديدة من الباريونات التي تمزج مختلف هذه النكهات أن توجد حسب النظرية، إلا أن معظمها يستعصي على الرصد. لذلك يُرسل مصادم الهادرونات الكبير الجسيمات بسرعات هائلة داخل حلقة توجد تحت الأرض حتى تصطدم ببعضها، الأمر الذي من شأنه أن يمنح العلماء فرصة وجيزة لمعاينة كيفية تفتُّت العناصر الأكثر استقرارا، ومن ثم استنتاج خصائص الجسيم الأصلي.

يتكون الجسيم المكتشف حديثا، Xi-cc-plus، من اثنين من الكواركات من نوع الساحر(charm)، وكوارك واحد من نوع السفلي (down)، في حين أن البروتونات الاعتيادية تتكون من اثنين من الكواركات من نوع العلوي (up)، وكوارك واحد من نوع السفلي (down). ويفسر استبدال الكواركات من نوع العلوي بنوع الساحر سبب تمتُّع الجسيم الجديد بكتلة أكبر من البروتون، إذ إن نوع الساحر أثقل من نوع العلوي.

صرح فينشينزو فانيوني المتحدث باسم تجربة LHCb في سيرن: «إنها المرة الثانية فقط التي يُرصد فيها أحد الباريونات التي تحتوي على كواركين ثقيلين». وأضاف: «يُعد هذا الجسيم كذلك أول جسيم جديد يكتشف بعد إتمام عمليات ترقية مصادم LHCb عام 2023».

وقال كذلك: «ستساعد هذه النتيجة علماء الفيزياء النظرية في اختبار نماذج الكروموديناميكا الكمية، وهي نظرية القوة النووية القوية التي تربط الكواركات ببعضها لتكوين الباريونات والميزونات الاعتيادية، وكذلك الهادرونات الغريبة مثل التيتراكواركات (تتكون من أربعة كواركات) والبينتاكواركات (تتكون من خمسة كواركات) على حد سواء».

كانت تجربة LHCb قد أعلنت عام 2017 عن اكتشاف جسيم مماثل للجسيم الجديد، يتكون من كواركين من نوع الساحر وكوارك واحد من النوع العلوي. وقد أشارت سيرن إلى أن الجسيم الجديد يُتوقع أن يكون عمره أقصر بست مرات من الجسيم الأول، ما يجعل رصده أكثر صعوبة.

يُذكر أن مصادم الهادرونات الكبير يتشكل من حلقةٍ طول محيطها يساوي 27 كيلومترًا، تقع على عمق 100 متر تحت الحدود الفرنسية السويسرية، اشتهر بتأكيد وجود بوزون هيغز تجريبيا عام 2012. ويأتي هذا الاكتشاف الأخير في وقت تخطط فيه سيرن لبناء مصادم جسيمات أكبر حجما (المصادم الدائري المستقبلي) لمواصلة سبر أغوار الكون.