ربما عرفنا أخيراً أين تختبئ المادة المظلمة.. هل هناك كونٌ آخر كالمرأة لعالمنا؟

تدقُّ عقارب الساعة على حائط غرفتك بنغماتها المعهودة، وتهدر السيارات خارج نافذتك، والقصة التي تقرؤها تحتوي على الصور الجذَّابة ذاتها. للوهلة الأولى، يبدو كل شيءٍ مألوفاً بالنسبة لك، لكنْ هناك خللٌ ما.

عقارب الساعة تدور إلى الوراء. والسيارات تسير على الجانب الخاطئ من الطريق. والمقال الذي تقرؤه مكتوبٌ من اليسار إلى اليمين. فجأةً، تدرك ما يحدث، أنت تنظر إلى انعكاسك.

كون موازٍ لكنه معكوس

بالتأكيد، فإن العالم العجيب على الجانب الآخر من المرآة ليس حقيقياً بالنسبة لك. لكن ليا بروسارد لها رأي آخر، حسب مجلة News Scientist البريطانية، إذ إنها تؤمن بقوةٍ بوجود أكوانٍ موازيةٍ حيث كل شيءٍ معكوس.

برفقة زملائها في مختبر أوك ريدج القومي في ولاية تينيسي الأمريكية، تبحث بروسارد عن كونٍ مطابقٍ لكوننا، ولكنه مقلوب رأساً على عقب، فيحتوي على ذرَّات وجزيئات ونجوم وكواكب كلها تملك صورة مرآتية، بل وحتى حياة مرآتية.

وإذا كان لهذا الكون وجودٌ، فسيشكِّل فقاعةً من الواقع تستكين في نسيج الزمان والمكان بمحاذاة كوننا المألوف، بينما تقدر بعض الجسَيمات على الانتقال بين العالمين.

بعد عقودٍ من الإشارات الواعدة بوجوده، أوشكت أولى التجارب الهادفة للنظر خلال المرآة على البدء.

ليس من شأن العثور على كونٍ مرآتيٍّ كهذا أن يبدِّل مفهومنا عن الواقع فحسب، بل قد يجيب أيضاً عن تساؤلاتٍ حول كوننا، حيَّرت العلماء لعقودٍ من الزمان. وتقول ليا: "ستكون التوابع مدهشةً".

هناك عوالم أخرى اكتشفت بالفعل

لقد وجد علماء الفيزياء عوالم جديدةً من قبل. ففي عام 1928، أدرك بول ديراك أن معادلات ميكانيكا الكمِّ تسمح بوجود جسيماتٍ ذات خصائص تفوق أية خصائص رآها أحدٌ من قبل.

وتنبَّأ بوجود عائلةٍ كاملةٍ منها تتوارى في جنبات الكَون وتتألَّف من جسَيماتٍ مطابقةٍ للجسيمات التي نعرفها ولكن بشحناتٍ كهربائيةٍ عكسيةٍ. ويُضاعف هذا العالم من المادة المضادة عدد الجسَيمات الأساسية المعروفة في الكون.

ليس هذا كل شيء. ففي 1933، لاحظ عالم الفلك السويسري فريتز زويكي أن دوران العناقيد المجرِّية يوحي بأنها تتعرَّض لقوةٍ جاذبةٍ أقوى مما قد يَصدُر من المواد المرئية القريبة.

وفي السبعينيات، لاحظت عالمة الفلك الأمريكية فيرا روبين هذا الأثر ذاته في عددٍ من المجرات والعناقيد.

واليوم نعتقد أن المادة "المظلمة" المتسبِّبة في هذه الجاذبية الزائدة تزيد على المادة العادية بنسبة 5 إلى 1. لكننا لم نجد قط هذه المادة المظلمة المفقودة، رغم عقودٍ من الأبحاث المتفانية المباشرة وغير المباشرة.

انتشرت نظريات المادة المضادة والمادة المظلمة في أرجاء المجتمع العلمي. لكن ربما أكثر العوالم طموحاً قد أمضى 60 عاماً في الظلال.

في عام 1956، تنبَّأ عالما الفيزياء الصينيان تسونغ داو لي وتشين نينغ يانغ تنبُّؤاً رائعاً بكيفية عمل الفيزياء. فحتى ذلك الحين، كان يُفتَرض أن على جميع العمليات الفيزيائية الخضوع لتناظراتٍ أساسيةٍ معيَّنةٍ، بمعنى أنها تظل كما هي حين تتغيَّر الأشياء الأخرى من حولها.

فمثلاً، لا تتأثر استجابة الجسم الكرويِّ لجاذبية الأرض بلونه.

أساسيات الفيزياء تتغير

كان التكافؤ من التناظرات الأساسية في فيزياء الجسيمات، وهو يقضي بأن على كل شيءٍ أن يظلَّ كما هو حتى وإن انقلبت جميع المواقع والتوجُّهات كما لو كانت في مرآةٍ.

واقترح لي ويانغ اختباراً تجريبياً لانتهاكات التكافؤ. ولما صمَّمت عالمة الفيزياء الصينية الأمريكية تشيين شيونغ وو التجربة وأجرتها، وجدت أن التكافؤ قابلٌ للانتهاك في بعض الأحيان. ومن شدة أهمية هذا الاكتشاف مُنِح لي ويانغ (ولكن ليس تشيين) جائزة نوبل في الفيزياء في العام التالي مباشرةً.

وجاء لي ويانغ كذلك بتفسيرٍ جنونيٍّ نوعاً ما. إذ اقترحا أن التكافؤ هو في الحقيقة محفوظ، ولكن يبدو فقط أنه انتُهِك لأننا كنا ننظر إلى نصف الصورة. يقول زوراب بيريجياني من جامعة لاكويلا الإيطالية: "اقترحا أن التكافؤ ينكسر في كوننا فقط لأن هناك قطاعاً آخر ينكسر فيه التكافؤ في الاتجاه المعاكس. لذا فهو في المُجمَل محفوظ".

المادة المرآتية.. دلالات تظهر للعلماء

لم يُقابَل مفهوم عالم "المادة المرآتية" هذا بترحيبٍ آنذاك، ولكن عندما واجهوا عدداً من المشاكل المتعذِّر حلُّها في فيزياء الجسيمات الأساسية، بدأ باحثون مثل ليا بروسارد وبيريجياني الإقبال عليه مجدداً.

بل إن بيريجياني يقول إننا في الحقيقة ربما نكون قد رأينا بالفعل دلائل على وجوده.

ويؤمنون بأن بصماته يمكن رؤيتها بوضوحٍ في سلوك النيوترون، وهو أحد الجسيمات الثلاثة التي تنقسم إليها الذرة.

إذ إنه بمرور الوقت، تضمحلُّ النيوترونات الموجودة خارج نواة الذرة متحوِّلةً إلى إلكترونات وبروتونات -الجسَيمَين الآخرَين في عملية اضمحلال بيتا، وقد رأينا نتائج متناقضةً على نحوٍ غريبٍ.

النيوترونات تتذبذب بين عالمين

في العموم، هناك طريقتان لقياس العمر الافتراضي للنيوترون المُنبَعِث: بالقارورة وبالشعاع. تجربة القارورة هي تجربةٌ مباشرةٌ. إذ تستعمل حقلاً مغناطيسياً ضعيفاً لاجتذاب النيوترونات نحو ما يسمَّى مصيدة القارورة. ثم تنتظر لمدَّةٍ معينةٍ قبل إحصاء عدد النيوترونات المتبقية. ووفقاً لهذه الطريقة، يعيش النيوترون لمدة 14 دقيقةً و39 ثانيةً في المتوسط.

على النقيض، تُحصِي تجربة الشعاع عدد البروتونات المنبعثة من شعاعٍ من الإلكترونات صادرٍ من مفاعلٍ نوويٍّ. وفي هذه الحالة، لا يمكن أن يظهر أي بروتون إلا نتيجةً لنيوترون مضمحل.

وباستخدام الحسابات المبنية على كثافة الشعاع، تقدِّر هذه التجربة عمر النيوترون بـ14 دقيقةً و48 ثانيةً. وهنا تكمن المشكلة. إذ يقول بيريجياني: "ينبغي للقياسَين أن يتطابقا".

وتابع: "ربما قد رأينا بالفعل دلائل على وجوده (أي الكون المرآتي) في سلوك النيوترون".

في البداية، ظنَّ علماء الفيزياء أن هذه الثواني التسع الزائدة قد ترجع إلى خطأٍ في التجربة. ولكن مع تحسيننا القدرات التقنية وتضييقنا هامش الخطأ في القياسات، زاد يقيننا بصحَّة كلتا النتيجتَين. فعلى ما يبدو، هناك عُمران مختلفان للنيوترون.

وقد يكون السبب في هذا هو العالم المرآتي، إذا كان موجوداً. إذ يوضِّح بيريجياني أن من الملامح الأساسية لهذين النموذجَين هو تذبذب النيوترونات ذهاباً وإياباً بين العالمَين.

ويقول بيريجياني: "عند المرور خلال حقل مغناطيسي، تزداد احتمالية التذبذب". والتفسير المقتَرَح لهذا هو تفسيرٌ مذهلٌ، وهو أن النيوترونات لا تتواجد على الدوام في كوننا، فهي تقضي بقية وقتها في نمطٍ واقعيٍّ موازٍ، حيث لا تُرى أية بروتوناتٍ تنبعث من اضمحلالها.

فإذا انتقل واحدٌ من كل 100 نيوترون إلى العالم المرآتي قبل إصداره بروتوناً، فهذا يفسِّر العُمر الأطول المُقاس للنيوترون في الحقول المغناطيسية لتجارب الأشعة. وصرح بيريجياني قائلاً: "إنه تفسير طبيعي جداً".

مرايا سوداء

وليس هذا كل ما يمكن للجانب المرآتي فعله. فقد صرَّح وانغبينغ تان من جامعة نوتردام في ولاية إنديانا قائلاً: "يمكن تفسير العديد من الألغاز الأخرى تفسيراً طبيعياً باستخدام النموذج نفسه مع المتغيرات نفسها".

ويمكن للكون البديل حتى توفير مخبأٍ للمادة المظلمة وتفسير سبب صعوبة العثور عليها. ويقول رابيندرا موهاباترا، المُنظِّر بجامعة ماريلاند: "يبدو النيوترون المرآتي مرشحاً قوياً لتفسير المادة المظلمة. وهو مقنع جداً".

وسيقنعك أكثر حين تعلم كمية المادة المرآتية التي ينبغي لها أن تكون موجودةً. إذ إنه لكي يكون متَّسقاً مع نماذجنا عن التطور الأوليِّ للكون، لا بد من أن المجال المرآتي كان أبرد بكثيرٍ من مجالنا. لأن الحرارة لو زادت، لتسرَّب بعض المادة المظلمة عبر الفاصل، ما كان ليزيد القوة الجاذبة بين الجسيمات في كوننا ويغيِّر معالمه التاريخية.

وكان فارق الحرارة ذلك بدوره ليسهِّل للغاية على الجسيمات العبور إلى الكون المرآتي، خارجةً في حالة تذبذبٍ من كوننا إلى الأبد. وتقترح أفضل النماذج المرآتية تطويراً وجود خمسة جسيمات مرآتية مقابل كل جسيم عادي: وهو بالضبط الوصف الذي وضعته قياساتنا الكوزمولوجية لنسبة المادة المظلمة إلى "العادية".

نسخة مرآتية للحياة نفسها

أضف على ذلك أنه بما أن الجسيمات التي بقيت قد تحوَّلت في ما بعد إلى نجوم وكواكب، وفي النهاية إلى بشر، فيبدو من المعقول أن نتوقَّع وجود نسخةٍ مرآتيةٍ أيضاً من الحياة، بل وأكبر بكثيرٍ مما يمكننا أن نراه.

يقول بيريجياني: "في الكون المرآتي، يتضاعف معدَّل تكرار هذا خمسة أضعاف". ومن يدري؟ قد تكون هناك سلالة من البشر المرآويين الذين يحاولون معرفة لماذا المادة المظلمة أقل من المادة العادية بخمسة أضعاف.

الكون الجديد لا يتفاعل إلا من خلال الجاذبية

كلها نظريات عظيمة، لكن العثور على البرهان القاطع ليس بالأمر السهل. ففي حالة وجود مجالٍ مرآتيٍّ مغروسٍ داخل كوننا، لن يكون هناك أي تفاعلٌ بينه وبين ثلاثة من القوى الأربع الأساسية للطبيعة: القوى الكهرومغناطيسية، والنووية القوية، والنووية الضعيفة.

ويقول يوري كاميشكوف، الباحث في المادة المرآتية بجامعة تينيسي في نوكسفيل: "لن تتفاعل معنا إلا عن طريق الجاذبية، والجاذبية أضعف من إجراء التجارب عليها".

قد تكمن الإجابة في تحسين أعمار النيوترونات في التجارب. في 2012، نشر بيريجياني ورقةً بحثيةً تزعم أن تجارب سابقةً ثبَّتت قارورةً من النيوترونات في حقل مغناطيسي متنوع قد التقطت إشارةً مشابهةً للنيوترونات المرآتية.

وينص اقتراحه على أن كميةً صغيرةً من المادة المرآتية تُسحَب إلى عالمنا عن طريق دوران الأرض. ومن شأن حركة الجسيمات المرآتية الحاملة للشحنات الكهربائية -مثل الإلكترونات المرآتية- أن تصنع حقولاً مغناطيسيةً مرآتيةً، ويمكن لهذه الجسيمات أن تزيد من فرصة تذبذب النيوترونات إلى خارج كوننا في حقولٍ مغناطيسيةٍ اعتياديةٍ معينةٍ.

وقد أثارت تلك الفكرة اهتمام كلاوس كيرتش وزملاءه في معهد بول شيرير في مدينة فيليجن السويسرية. فاستخدموا جهازاً أكثر حساسيةً يملك القدرة على اختبار إمكانية أن يكون للحقول المغناطيسية المرآتية تأثيرٌ في عمر النيوترون أثناء تجربة القارورة كما توحي به الإشارة المزعومة.

لكن الإثبات يظل صعباً

وقد رأى كيرتش أنه زعمٌ صعب التصديق، ولكن مثيرٌ للاهتمام بما يكفي للتحقُّق من صحته. إذ يقول: "وجهة نظر العالم التجريبي هي: إذا لم يبدُ الأمر جنونياً تماماً، فهل يمكن تحرِّيه؟". وتابع: "لا أؤمن حقاً بوجود الإشارات، وقد صممنا تجربةً يمكنها دحضها، وسنرى ما ستُسفِر عنه".

وشملت التجربة تطبيق حقولٍ مغناطيسيةٍ ذات قوىً متباينةً على الجهاز لرؤية إذا كانت ستؤثِّر في كثرة النيوترونات داخل المصيدة. ويقول كيرتش إنها قد تمَّت الآن، لكن الفريق ما زال في طور تحليل البيانات.

وتتابع ليا بروسارد الأمر باهتمامٍ. وتستعدُّ برفقة زملائها في أوك ريدج لاختبار تنبُّؤات بيريجياني حول الحقول المغناطيسية المتسببة في تذبذبات النيوترونات من خلال تجربةٍ مصممةٍ بهدف توفير المزيد من التفاصيل والسيطرة عن الجهاز المُستخدَم في سويسرا.

وجاء على لسانها: "يبدو من المعقول أن نتوقع وجود نسخةٍ مرآتيةٍ من الحياة".

الفكرة من وراء التجربة بسيطةٌ جداً: أطلق شعاعاً من النيوترونات باتجاه جدارٍ سميكٍ تعجز عن اختراقه. وإذا التقط أحد مستشعرات النيوترونات أياً منها وراء الجدار، فقد يرجع هذا إلى أنها قد تذبذبت في طريقها إلى داخل النيوترونات المرآتية، وفشلت في رؤية الجدار لأنها موجودةٌ في مجالٍ مختلفٍ من الكون، ثم تذبذبت عائدةً مرةً أخرى قبل الاصطدام بالمستشعر.

وتقول ليا: "لا يمكن التقاط سوى النيوترونات القادرة على التذبذب ثم الرجوع إلى كوننا".

ومن خلال تنويع الحقول المغناطيسية على كلا جانبَي الجدار، تريد ليا أن ترى إذا كانت ستجد قوةً وشكلاً مجاليَّين يُزيدان من عدد النيوترونات المارَّة خلال الجدار. ومن جانبه يقول بيريجياني: "إذا صحَّت أرقامي، فينبغي أن يروا شيئاً ما".

تجربة واعدة للإثبات

تمَّ صُنع الجهاز وإعداده للاستخدام. وتتفاوض ليا حالياً مع مشغِّلي أشعة النيوترونات في أوك ريدج للعثور على موعدٍ يمكنهم فيه وضع التجربة في مسار الشعاع وإجراء الاختبارات.

ورغم حماستها، فهي لا تتوقع تحقيق إنجازٍ غير مسبوقٍ من المحاولة الأولى؛ فلا أحد يدري ماهية الحقول المغناطيسية القادرة على زيادة أرجحية التذبذبات.

وورد ضمن تصريحاتها: "أتوقع تماماً أن نخرج بقياسٍ صفريٍّ". وبالنسبة لها، كل ما تريده هو تضييق النطاق المحتمَل لحجم التأثيرات.

لكن إذا رأى فريق كيرتش إشارةً في بياناته قد تكون متماشيةً مع وجود نيوترونات مرآتية، فستستطيع ليا وفريقها البحث في الحقل المغناطيسي المُناظِر بصورةٍ مستقلةٍ. وإذا تغيَّر عدد النيوترونات في حضور الحقل المغناطيسي أو غيابه، سيوحي ذلك بوجود كونٍ مرآتيٍّ.

ويعتقد كاميوف، الذي يتعاون مع ليا بروسارد، أننا بصدد الوصول إلى محطةٍ فارقةٍ. إذ يقول: "أرجحية العثور على أي شيءٍ ضعيفة، لكنها تجربةٌ بسيطةٌ وغير مكلفةٍ. وعلينا أن نحاول إذا كانت النتيجة الإيجابية ستُحدِث ثورةً في الفيزياء".

وحتى إذا وجدت هذه التجارب نيوتروناتٍ مرآتيةً، توضِّح ليا إن ربطها بالمادة المظلمة، وملء بقية الجانب المرآتي لا زالا سيتطلبان الكثير من العمل. وتقول: "أرى أنها خطوةٌ أولى إيجابيةٌ، لكني أعتقد أن هناك المزيد من التحديات التي يجب التعامل معها".

وماذا لو لم نجد نيوتروناتٍ مرآتيةً؟ الشيء الوحيد الذي تثق ليا فيه هو أن الكون المرآتي لن يموت. إذ تقول: "المنظِّرون شديدو البراعة في تلافي الأفخاخ التي يتركها العلماء التجريبيون لهم. ستجد على الدوام أحداً يسعد بإحياء الفكرة". ولكن بالنظر إلى عدد المشاكل التي عجز علماء الفيزياء عن حلِّها بنظرياتهم الحالية، يمكنك أن تعذرهم إن نظروا إلى المرآة.