نحو النظرية الموحدة للمادة Toward Unified Theory

توجد الجسيمات الأولية على شكل نوعين فقط من الجسيمات وهما:

أ) الكواركات Quarks .

ب) اللبتونات Leptons.

وتلتصق الكواركات معا في مجموعة ثلاثية لتكون النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) وتلتصق هذه النيوكليونات (التي تعرف بالهيدرونات Hadrons) معاً لتكون الأنوية الذرية. وينضم إلى النواة حشد من الإلكترونات (وهي من اللبتونات) لتكوين الذرات . وتنضم الذرات إلى بعضها البعض لتكوين الجزيئات التي تبني المادة الصلبة والسائلة والغازية.

نلاحظ هنا صغر عدد الجسيمات الأولية فهناك - وفقاً للنظريات الحالية ستة كواركات وسنة لبتونات فقط يتم بناء المادة في صورتها النهائية منها. (في الحقيقة تفترض النظريات الحالية وجود جسيم آخر يعرف بوزون هيجز Higgs) (Boson إلا أنه يمكن تفسير تفاعلات الجسيمات الأولية، دون الحاجة إليه

ثم تصنف الكواركات واللبتونات معا في ثلاث مجموعات يحتوي كل منها على كواركين ولتونين فيكون المجموع هو 12 لبنة إنشائية أولية (بإغفال بوزون هيجز) أو 24 لبنة إذا أدخلنا في الاعتبار الجسيمات (أو ضديدات) اللبنات السابقة.

ولكن ما هو الشيء الذي يجعلها تلتصق معا؟ والذي ينظر إليه كما الملاط (أو الاسمنت) الذي يقوم بالربط بين هذه الجسيمات. وبالتالي كان علينا أن نكتشف المجموعة الكاملة للجسيمات الأولية.

تنص نظرية النسبية الخاصة على أنه يتعذر على أي تأثير فيزيائي أن ينتقل بسرعة أكبر من سرعة الضوء ، وبناءاً على ذلك وضع الفيزيائيون نظرية الحقل الكمومي التي تنشأ بموجبها القوة بين جسيمين عن طريق تبادل ( وسيط Mediator) يقوم بنقل القوة بسرعة محددة بين جسيمين. إذ يقوم أحدهما بإطلاق الوسيط بينما يقوم الآخر بامتصاصه. وينتقل الوسيط في الفضاء بسرعة معينة. وخلال فترة زمنية قصيرة (حسب مبدأ اللاتحديد) لا يكون هذا الوسيط موجوداً في الجسيم الباعث ولا الجسيم الممتص له. يفترض هنا أن لهذه الوسطاء نفس خواص الجسيمات الأولية (مثل الكتلة، الشحنة، الغزل Spin) ولهذا يسميها الفيزيائيون جسيمات أيضاً ، مع أن دورها في الطبيعة مختلف تماماً عن دور الجسيمات الأولية فالوسطاء هي الملاط الذي يربط بين اللبنات الإنشائية معا. ومن ثم فإن النظرية الكاملة للمادة يجب أن تشتمل على:

أ) قائمة الجسيمات الأولية.

ب) وصف كامل لجميع طرق تفاعل هذه الجسيمات فيما بينها عن طريق الوسطاء.

وتستطيع نظرية كهذه. من حيث المبدأ على الأقل. تفسير ظهور المادة وسلوكها. ويمكن أن تكون القوانين معروفة بالضبط، على الرغم من أنه في كثير من الحالات الواقعية قد لا يكون من الممكن إيجاد حل رياضي أو إجراء جميع الحسابات المطلوبة لفهم سلوك النظام (قد يبدو هذا غريباً ولكن ذلك يحدث غالباً فقد تكون القوانين الفيزيائية معروفة أما الإمكانيات الحسابية فليست على مستوى إيجاد حلول لمسائل واقعية، فمثلا مع أن المعادلات الثيرموديناميكية التي تبين تصرف الغلاف الجوي المحيط بالأرض معروفة إلا أنه لا توجد حسابات واضحة للتنبؤ بأحوال الطقس بدقة.!!).

وعلى كل حال يعتقد العلماء أنهم على وشك التوصل إلى نظرية كاملة للمادة. وتعلل هذه النظرية تعليلاً جيداً جداً القوى التي تربط معا النوى والذرات والجزيئات. وقد لاقت هذه النظرية قبولاً واسعاً وعرفت بالنموذج المعياري (Stamdard Model). إلا أن هناك قوة واحدة لم يستطع هذا النموذج التعامل معها وهي قوى التثاقل. ومن ثم ما يزال الفيزيائيون يعملون بكد لمعالجة هذا النقص والوصول إلى النظرية الموحدة (Unified Theory) التي ترجع جميع القوى المعروفة في الطبيعة إلى منبع واحد.

ولإلقاء المزيد على كيفية عمل الوسيط وإنتاجه. علينا أن نعرف أولاً كيف يتم إنتاج الوسيط. فإذا مر جسيم أولي قريباً من جسيم مضاد له (ضديده) كالإلكترون والبوزيترون مثلاً، أي حدث «تصادم» بينهما فيمكن للجسيم الأول إطلاق جسيم z وفي وسع الثاني امتصاصه. «ويقول» النموذج القياس العياري إن ثمة شيء آخر قد يحدث ايضاً فإذا كان لدي الجسيمين ما يكفي من الطاقة فبإمكان أحدهما - الإلكترون مثلاً - إطلاق الجسيم °Z وبعدئذ يقوم البوزيترون بامتصاص الإلكترون ويمحق كل منهما الآخر ويحدث الإفناء تاركين الجسم z حراً لحظياً. وبعد ذلك يتعين على الجسيم °Z أن يتفكك إلى زوج من الجسيمات الأولية كالإلكترون والبوزيترون أو الكوارك والكوارك المضاد له.