في 8 أبريل 2024، توفي عالم الفيزياء النظرية البريطاني بيتر وير هيغز عن عمر يناهز 94 عامًا. منذ ما يقرب من 12 عامًا، في 4 يوليو 2012، في مدرج مشؤوم يقع في جنيف، سويسرا، أصبح هيجز شخصية بارزة. شخصية في العلم الحديث.
في ذلك اليوم أُعلن أن تصادمات الجسيمات في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) – والذي يمكن القول إنها التجربة العلمية الأكثر طموحًا وجرأة على الإطلاق – كشفت عن وجود بوزون هيغز.
كان اكتشاف بوزون هيغز، الذي سمي على اسم هيغز نفسه، أمرًا حيويًا في مجال فيزياء الجسيمات. لقد كان هو الساكن الأخير في حديقة الجسيمات اللازمة لإكمال ما يُعرف باسم “النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات”، وهو أفضل وصف لدينا للكون على أصغر نطاق.
بالنسبة لعائلة هيجز، التي ولدت في نيوكاسل أبون تاين بالمملكة المتحدة لأم اسكتلندية وأب إنجليزي في 29 مايو 1929، استقبلت هذه اللحظة بموجة من المشاعر. ولم يكن ذلك مفاجئًا، نظرًا لأن هذا الإعلان يمثل تتويجًا لخمسة عقود من عمله ويؤكد صحة نظرية رفض التخلي عنها.
متعلق ب: بوزون هيغز: شرح “الجسيم الإلهي”.
وبعيدًا عن ذروة النموذج القياسي، سلط اكتشاف بوزون هيغز الضوء على حاجة الفيزيائيين للبدء في استكشاف الفيزياء بما يتجاوز المعايير التي اعتادوا عليها، وبالتالي تمهيد الطريق للفيزياء لعقود من الزمن.
قالت لوز أنجيلا غارسيا بينالوزا، عالمة الكونيات في جامعة ECCI في كولومبيا، لموقع Space.com: “إن مساهمة بيتر هيجز في الفيزياء الحديثة استثنائية تمامًا”. “أدى عمله في نظرية المجال الكمي إلى نظرية حصل بسببها لاحقًا على جائزة نوبل في الفيزياء وشرح الآلية التي تعطي كتلة للجسيمات الأساسية.
“لقد كان متقدمًا على عصره.”
50 عامًا من البحث عن جسيم واحد
شهد القرن العشرين ميلاد فيزياء الجسيمات كنظام قائم بذاته، وأدى إلى تقدم هائل في هذا المجال الناشئ. ومع ذلك، مع اقتراب ذلك القرن من نهايته وتزايد عدد الجسيمات في حديقة الحيوان، بدأ الفيزيائيون يتساءلون لماذا تمتلك بعض الجسيمات كتلة بينما لا تمتلك غيرها، وخاصة جسيمات الضوء التي تسمى “الفوتونات”، أي كتلة.
في عام 1964، توصل الفيزيائيون الذين يدرسون القوة النووية الضعيفة، وهي إحدى القوى الأساسية الأربع في الطبيعة والتي تدفع التحلل الذري للعناصر عن طريق تحويل البروتونات إلى نيوترونات، إلى شيء مفاجئ.
يجب أن تكون حاملات هذه القوة، وهي بوزونات W وZ، عديمة الكتلة. ومع ذلك، فإن حقيقة أن القوة الضعيفة تبدو قوية على مسافات قصيرة وضعيفة على مسافات طويلة يعني أنها لا يمكن أن تكون عديمة الكتلة. إذا كان الأمر كذلك، فإنه سيخاطر بخرق قاعدة مهمة في الفيزياء تسمى التناظر، والتي تضمن أن قوانين الطبيعة هي نفسها بغض النظر عن كيفية النظر إليها. وفقا ل CERNيمكنك أن تفكر في مشكلة التماثل باعتبارها مشابهة لقلم رصاص يرتكز على طرفه ــ نظام متماثل ــ الذي يميل فجأة ليشير إلى الاتجاه المفضل، وبالتالي يدمر تماثله.
في عام 1964، اقترح بيتر هيجز وفرانسوا إنجليرت وروبرت بروت حلاً. قالوا إنه قد يكون هناك شيء ما “يخدع” الطبيعة في كسر التماثل تلقائيًا. إذن ماذا يمكن أن يكون؟
اعتقد هيغز وزملاؤه أنه عندما ولد الكون، ربما كان مليئًا بما يسمى “مجال هيغز” في حالة متناظرة ولكنها غير مستقرة، مثل قلم الرصاص هذا المتوازن بشكل غير مستقر.
وفي أجزاء قليلة من الثانية فقط، سيجد هذا المجال، “مجال هيجز”، تكوينًا مستقرًا، ولكن بفعله هذا، سيكسر تماثله. وهذا بدوره يؤدي إلى ظهور ما يسمى بـ “آلية بروت-إنجليرت-هيجز”، التي تمنح الكتلة لبوزونات W وZ وتحل التباعد.
وعلى الرغم من أن هذه كانت نظرية حيوية في حد ذاتها، إلا أنه تم اكتشاف لاحقًا أن مجال هيجز سينقل الكتلة إلى العديد من الأشخاص. آخر الجسيمات الأساسية، وأن قوة هذه التفاعلات من شأنها أن تعطي الجسيمات المختلفة كتلًا مختلفة. وهذا يعني أنه إذا تم تأكيد النظرية، فسيكون لها تداعيات كبيرة على العلم.
وكانت الخطوة التالية هي الحصول على هذا التأكيد في شكل اكتشاف جسيم من شأنه أن يكون بمثابة “رسول” لمجال هيغز: بوزون هيغز.
هذا البحث من شأنه أن يبرر بناء LHC. ويبلغ طوله 27 كيلومترًا، وهو أكبر مسرع للجسيمات تم بناؤه على الإطلاق، بتكلفة تبلغ حوالي 4.75 مليار دولار.
قال نيما زاردوشتي Nima Zardoshti، عالم فيزياء الطاقة العالية التجريبي في CERN، لموقع Space.com: “إن عمل هيغز هو أحد الأسباب الرئيسية لبناء مصادم الهادرون الكبير”. “لقد قدمت تنبؤاته بعض الإرشادات النظرية الحاسمة حول مدى وصول الطاقة الذي يتطلبه مصادم الهادرونات الكبير لاكتشاف فيزياء جديدة.”
وفي عام 2012، أثمرت هذه النفقات وعشر سنوات من الجهود التي قادها تعاون دولي بين 23 دولة عضو في CERN.
تم إنشاء سلسلة من الجسيمات الناتجة عن اضمحلال جسيمات بوزون هيغز والتقاطها بواسطة كاشف ATLAS الخاص بمصادم LHC وكاشف الملف اللولبي المضغوط (CMS). وكان هذا التأكيد الضروري لنظرية مجال هيغز.
هيجز و إنجليرت سيتقاسم جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2013 لهذا الإنجاز.
وقالت سوزي شيهي، الأستاذة المساعدة في الفيزياء بجامعة ملبورن والمحاضرة الزائرة بجامعة أكسفورد، في بيان صحفي: “مع البروفيسور بيتر هيجز، فقدت الفيزياء عملاقًا لطيفًا في هذا المجال”. “يُحتفى بعمل هيغز بحق باعتباره إنجازًا رائعًا للأبحاث التي يحركها الفضول: فقد بدا اقتراحه عام 1964 حول الوجود المحتمل لمجال هيغز والجسيم المرتبط به، بوزون هيغز، في ذلك الوقت فكرة غامضة… مجرد فكرة واحدة من العديد من الآليات النظرية المطروحة لشرح المجهول في الفيزياء الأساسية.
“ثم استغرق الأمر ما يقرب من 50 عامًا – وحوالي 13000 عالم ومهندس إضافي – لبناء التجارب (ATLAS وCMS) التي أدت إلى اكتشاف بوزون هيغز في عام 2012 في مصادم الهادرونات الكبير”.
وأضاف شيهي أنه من غير المعروف جيدًا كيف كان للأبحاث التي يحركها الفضول تأثير عملي هائل على حياتنا، مما أدى إلى إنتاج نتائج فرعية لا يمكن تصورها مثل شبكة الويب العالمية وتقنيات أفضل لعلاج السرطان.
قال شيهي: “تمثل قصة هيجز درسًا مهمًا لنا جميعًا حول كيفية عمل العلم: كان من الممكن أن يكون أول شخص يشير إلى أن العلم لا يحدث على نطاق زمني لبضع سنوات”. “يجب علينا أن نضمن دعمًا طويل المدى للأبحاث التي يحركها الفضول إذا أردنا تحقيق هذا النوع من الاختراقات في فهمنا للكون الذي يحتفل به بيتر هيجز.”
وأضاف زردوشتي: “حتى عندما اكتشفنا ذلك، فإن قياس خصائص بوزون هيغز بدقة يظل أحد أكثر الطرق الواعدة لاستكشاف الفيزياء خارج النموذج القياسي”. “لقد شكل عمل هيغز وسيستمر في تشكيل هذا المجال لسنوات عديدة قادمة وربما يكون أعظم إنجاز في الفيزياء النظرية في القرن الحادي والعشرين.”
وباعتباري صحفيًا متخصصًا في العلوم، فقد أثر إرث هيجز في حياتي شخصيًا أيضًا.
في 4 يوليو 2019، تمت دعوتي للقيام بجولة في LHC أثناء إيقاف تشغيله وترقيته، ورؤية كاشف ALICE الخاص به عن قرب، واستكشاف أميال من الأنفاق أسفل فرنسا وسويسرا حيث يقع المصادم.
قبل ذلك، حضرت مع العديد من الصحفيين الآخرين جلسة توجيهية في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) في جنيف. لقد أدرك الكثير منا أن اليوم يصادف مرور سبع سنوات بالضبط على الإعلان عن اكتشاف بوزون هيجز، وكنا نجلس في نفس الغرفة التي ذرف فيها بيتر هيجز الدموع عندما سمع تأكيد نظريته على ثمارها. تمكنت بسرعة من التقاط صورة سيئة للغاية لهذه الغرفة. لقد حرصت على التقاط هذه الصورة من منظور المقاعد التي جلس فيها هيجز، لأرى ما كان سيشاهده في ذلك اليوم الذي لا يُنسى.
هذه اللحظة أصابتني بالقشعريرة. انها دائما مثل هذا.
لقد كتبت عدة مرات عن الأهمية الحيوية لاكتشاف بوزون هيغز لفهمنا للفيزياء، وسوف أستمر في القيام بذلك مرات عديدة. ومع ذلك، في قاعة الاجتماعات تلك، شعرت بالارتباط بتلك اللحظة، وأعلم أن العديد من أولئك الذين جلسوا هناك منذ ذلك الحين شعروا بهذا الارتباط أيضًا.
تخيل مجالًا غير قابل للقياس يمتد عبر الزمان والمكان ليعطي وزنًا مجازيًا للحظة حيوية واحدة غيرت كل شيء – وهو مجال يمكنه ربط كل من يختبر تلك اللحظة نفسها.
أعتقد أن بيتر هيجز ربما أعجب بهذه الفكرة.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”