أكد العلماء أن نظرية ألبرت أينشتاين عن النسبية الخاصة صحيحة، وهذه المرة بفضل كاشف الجسيمات المدفون في أعماق القارة القطبية الجنوبية.
درس العلماء باستخدام ﻣﺮﺻﺪ ﺍﻟﻨﻴﻮﺗﺮﻳﻨﻮ، الذي يبلغ حجمه 1 غيغاتون، ﺍﻟﻤﻌﺮﻭﻑ ﺑﻤﻜﻌﺐ ﺍﻟﺠﻠﻴﺪ IceCube Neutrino Observatory، الجسيمات دون الذرية، التي تُسمى ﺍﻟﻨﻴﻮﺗﺮﻳﻨﻮات Neutrinos: وهي جسيمات أولية مراوغة تتحرّك بسرعة شديدة، بكتلة أصغر كثيراً من كتلة الإلكترون، ولا تحمل شحنة كهربية. وتساءل الباحثون عمَّا إذا كانت هذه الجزيئات الصغيرة، عالية الطاقة، ستنحرف عن السلوك الذي تنبأت به نظرية النسبية الخاصة. وعلى وجه التحديد، عندما كانوا يختبرون مبدأ يُعرف باسم تناظر لورينتز أو ثبات لورنتز، وهو المبدأ القائل بأن قوانين الفيزياء ثابتة لا تتغير، سواء كنت رائد فضاء تسير بسرعة مليون ميل في الساعة، أو حلزوناً يتحرك ببطء على سطح الأرض، بسرعة لا تتجاوز جزءاً صغيراً من سرعة الأول.
تأثيرات النظرية النسبية في الحياة الحقيقية
توجد النيوترينوات في كل مكان، ولكنها تتحرك منفردة عبر الكون، ونادراً ما تتفاعل مع جسيمات أخرى. ومع تحرك النيوترينوات في فراغ الكون، فإنها تتذبذب بين ثلاث حالات مختلفة، يُطلق عليها الفيزيائيون النكهات، وهي: نيوترينو إلكترون، ونيوترينو ميون، ونيوترينو تاو. عندما تتفاعل النيوترينوات مع الجليد تحت المرصد، تتحول إلى ميونات، التي تحمل بدورها شحنة كهربائية سالبة، ويمكن رصدها باستخدام الكاشف.
إذا ما أمكن تطبيق مبدأ التناظر للورنتز في هذه الحالة، فيجب أن يتذبذب النيوترينو الذي يحمل كتلة معينة بمعدل يمكن التنبؤ به، مما يعني أن النيوترينو يجب أن يقطع مسافة معينة قبل أن يتحول إلى ميون. ولذلك يُمكن أن يكون أي انحراف عن هذا المعدل بمثابة دليل على أن الكون الذي نعيش فيه لا يعمل بالطريقة التي تنبأ بها أينشتاين.
يعني هذا أن النيوترينوات تمثل "مجسات حساسة لالتقاط التأثيرات الزمكانية"، تأثيرات مثل خرق تماثل لورنتز، كما يقول الباحث الرئيسي في الدراسة، كارلوس أرغويليس، وهو عالم فيزياء مُتخصص في دراسة الجسيمات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT.
وأردف أرغويليس قائلاً، أثناء مقابلة أجراها مع مجلة Live Science، "يمكن أن تنهار النظريات، أو يمكن أن تكون لها تأثيرات جديدة عندما تبحث في مناطق جديدة".
خرق تماثل لورنتز
لقد بحث العلماء عن أدلة على خرق تماثل لورنتز في العديد من الحالات، بدءاً من الفوتونات وحتى الجاذبية، ولكنهم دائماً لا يتمكنون من إيجاد أي دليل. لكن في حالة النيوترينوات، يمكن للعلماء "استكشاف هذا النظام الجديد عالي الطاقة، الذي لم يُستكشف من قبل"، وفقاً لما قاله أرغويليس.
قام أرغويليس وزملاؤه بتحليل البيانات الخاصة بالنيوترينو، التي جمعها مرصد IceCube على مدار عامين. ولم يُسفر بحثهم عن أي دليل على وجود خرقٍ لتماثل لورنتز في مجال النيوترينوات عالية الطاقة. وقالت جانيت كونراد، وهي باحثة مشاركة في الدراسة، مُتخصصة في الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في بيان نُشر على موقع المعهد "هذا ينهي الجدل بشأن احتمال وجود خرق لثبات لورنتز، تقوم به مجموعة من النيوترينوات عالية الطاقة لفترة طويلة جداً".
اختبر معلوماتك عن عبقري الفيزياء
سمحت هذه النتيجة للباحثين أن يظهروا من خلال عملية حسابية أن أي شيء يتفاعل مع النيوترينوات عند مستوى طاقة أكبر من قوة الأساس 10 مرفوع إلى أُس سالب 36 غيغا إلكترون فولت (GeV) مُربع، يبدو أنه يتبع القواعد الطبيعية لتذبذبات النيوترينوات، بمعنى أن تماثل لورنتز لا يزال يعمل كما هو متوقع. ولوضع ذلك في سياق علمي، يُمكن القول إن النيوترينوات متناهية الصغر تتفاعل مع المادة عند مستوى طاقة يبلغ حوالي 10، مرفوعاً إلى سالب 5 غيغا إلكترون فولت مربع، والذي لا يزال مستوى ضعيفاً بشكل لا يصدق، ولكنه أكبر بمقدار 10 نونيليونات (واحد بجواره 30 صفراً) عن هذا الحد الجديد.
وأضافت كونراد "لقد تمكنا من تحديد أقصى حد حتى الآن لمدى تأثر النيوترينوات بواسطة مجال خرق تماثل لورنتز".
علّق أرغويليس قائلاً بأن النيوترينوات لم تكن قد اكتشفت بعد عندما مات أينشتاين، لكن نظريته ما زالت تتنبأ بسلوكها، وهو الأمر المدهش "حتى الآن، لم نعثر على أي دليل على وجود مشكلة في نظرية أينشتاين حول نسبية الزمكان".
ومع ذلك، يعتزم أرغويليس وزملاؤه مواصلة استكشاف ظواهر الطاقة العالية في الحالات التي يُمكن أن يوجد فيها خرق لتماثل لورنتز. وتابع، "عندما تستكشف حالات جديدة، قد تجد أن الأشياء التي لم تكن مهمة من قبل، قد صارت لها أهمية الآن".
*النتائج نُشرت أمس (16 يوليو/تموز) في مجلة Nature Physics.
اقرأ أيضاً
جهَّز لها العشاء الرومانسي والورود وخاتم الألماس.. سيرجيو راموس يعرض الزواج على صديقته (صور)
علامة "إيفانكا ترمب" تتعرض لضربة قوية.. لماذا سحب أحد أكبر متاجر الملابس الكندية منتجاتها من رفوفه؟
