أحلام السنة المقبلة معلّقة على تفكيك لغز المادة المظلمة

حيّرت العلماء لأكثر من ثمانية عقود، لكن عام 2010 يعد بحل لغزها. انها المادة المظلمة Dark Matter التي قد تحوّل السنة المقبلة الى أحد أهم تواريخ علم الفيزياء، إن صدقت وعود العلماء بصدد هذه المادة التي يُفترض أنها تُشكّل ثلثي الكون. ففي سلسلة من تقارير هزّت المجتمع العلمي، في الشتاء الحالي، أعلن فريق علمي أميركي أنه عثر، للمرة الأولى، على ما يعتقد أنه «مادة مُظلمة» منبثّة في ثنايا خام الحديد في منجم «سودان» في ولاية منيسوتا، على عمق يقارب الكيلومتر. وحينها، صرح البروفسور دان باور، الذي قاد البحث، بأن فريقه استخدم مجسّات فائقة الحساسية والتطوّر للعثور على جسمين يعتقد انهما ينتميان الى المادة المُظلمة. ويترأس باور مختبر «كريوجينك دارك ماتر سيرش»Cryogenic Dark Matter Search، المتخصص في البحث عن المادة المظلمة في المواد العادية. وقدّم باور نتائج بحثه في مؤتمر عقد مطلع الشهر الجاري في ندوة متخصصة نظمها «مختبر فيرمي للمُصادمات»، في مقرّه القريب من مدينة شيكاغو.
وسرعان ما تداولت صفحات ال «بلوغرز» من علماء الفيزياء خبر الإنجاز العلمي لفريق باور، ما زاد في الإثارة التي رافقت الإعلان عنه.
لماذا الزمن دوماً الى الأمام؟
في مُدوّنته الإلكترونية، علّق البروفسور جيري غيلمور، من جامعة كامبردج الإنكليزية، على إنجاز باور. ورأى أنه يمثّل اختراقاً علمياً هائلاً، خصوصاً ان فرقاً كثيرة تبحث عن أدلة عن المادة المُظلمة التي يُعتقد انها الشيء الذي نُسج منه الكون ومكوّناته وقواه كافة، إضافة الى كونها نسيجاً تسبح فيه المجرات والنجوم والكواكب. ودلّل على أهمية التوصل الى تفكيك لغز المادة المُظلمة والتعرّف إلى مُكوّناتها، بالإشارة الى ان العلماء يعتقدون بأن التعرّف الى هذه المادة يساعد في الإجابة عن أسئلة ما زالت مستعصية من نوع سبب حدوث نشاط مشع في بعض المواد مثل اليورانيوم، بينما لا يحدث ذلك للمجموعة الأكبر من المواد، وكذلك السؤال عن السبب الذي يسير فيه الزمن باتجاه وحيد، بمعنى أنه ينقضي ويسير الى الأمام! والمعلوم أن النقاش عن المادة المُظلمة وقواها انطلق في عام 1933، بفضل أعمال عالم الفضاء السويسري فريتز زويكي.
وحينها، قضّ زويكي مضاجع المجتمع العلمي بالقول ان المجرات القصية في أطراف الكون، كانت لتتناثر لولا وجود «مادة ما» تمسك بها وتشد مكوّناتها بعضها الى بعض. ولم يفكر أحد بشيء مُشابه قبل ذلك. واقترح تسميتها المادة المُظلمة، ببساطة لأنها لا تعكس الضوء ولا تمتصه، فلا تراها التلسكوبات. وتدريجاً، تكوّن انطباع علمي عن هذه المادة مفاده أنها مصنوعة من مُكوّنات تغاير المادة كما نعرفها كلياً.
وفي عام 2007، نشر عالم الفضاء البريطاني ريتشارد مايسي، الذي يعمل في «معهد كاليفورنيا للتقنية» أول خريطة ثلاثية الأبعاد لانتشار المادة المظلمة كونياً. وفي السنة التالية، استطاع تلسكوب الفضاء «هابل» العثور على دليل أول غير مباشر عن وجود المادة المُظلمة.
تأسيساً على نجاح «هادرون الكبير»
وفي الحديث عن المادة المُظلمة، التي يتوقع أن يشرع العلماء في تفكيك أسرارها خلال العام المقبل، إن صحّ إعلان البروفسور باور وفريقه، تجدر الإشارة الى أن بعض العلماء يرى أن مكوّنات هذه المادة، ربما حملت الدليل على نظرية في الفيزياء النووية تسمى «التناظر الفائق» Super Symmetry. وباختصار، تعتقد تلك النظرية أن كل مُكوّن في الذرة مرتبط بشبيه له أكثر كثافة وثقلاً منه. ويعتبر البحث في نظرية «التناظر الفائق» من الأهداف الرئيسة التي يسعى العلماء للإجابة عنها في إحدى التجارب التي هزّت المجتمع العلمي خلال العام المنصرم.
والأرجح ان كثيرين من العلماء يشيرون الى عام 2009 بحجر من ذهب، باعتبار أنه شهد تحقّق حلم راود خيال علماء الفيزياء ردحاً طويلاً، ويتمثّل بانطلاق مشروع ضخم للتثبّت من طبيعة المُكوّنات الدقيقة للذرة وقواها، معروف باسم «مُصادِم هادرون الكبير» Large Hadron Collider. ليس عبثاً انه لُقّب ب «مُحاكي الانفجار الكبير»، ولو بشيء من عدم الدقة. وزاد العلماء فخراً انه عاود الانطلاق بعد خلل كبير رافق تجربته الأولى في إحداث تصادم بين جزئيات أساسية في نواة الذرة. ولعل فشل التجارب الأولى أمر أكثر من مألوف في العلوم. توقف المشروع، وسط تصاعد مخاوف قديمة تقول ان الخلل في التجارب قد يؤدي الى انفجار نووي هائل، يفوق كل ما صنعته البشرية من قنابل ذرية وهيدروجينية، بحيث إنه قد يحوّل الكوكب الأرضي الى بدد. لم يحصل شيء من تلك الكوابيس المرّة.
ولم يُحدث الخلل في التجارب الأولى ل «هادرون الكبير» سوى سخونة كبيرة في الممرات الفولاذية للمُصادم العملاق. وسرعان ما استرد المشروع أنفاسه، وانطلق بقوة، محققاً نتائج أكثر إيجابية مما توقّعه حتى الأكثر تفاؤلاً.
والمعلوم أن «مُصادم هادرون الكبير» مشروع علمي أساسي، يشرف عليه «المركز الأوروبي للبحوث النووية» Centre Européenne pour la Recherche Nucléaire، الذي يُعرف باسمه المُختَصَر «سيرن» CERN.
ويتألف من دائرة ضخمة من الأنابيب والمُعدّات قطرها 27 كيلومتراً، تسير بعمق مئة متر تحت سطح الأرض على المنطقة الحدودية بين سويسرا وفرنسا. وخلال التجربة، يضخّ العلماء ثلاثة آلاف حزمة من البروتونات تتألف كلّ منها من مئة مليار بروتون. ويُصار الى زيادة سرعتها تدريجاً بحيث تصل الى 99.9999 من سرعة الضوء قبيل تصادمها بعضها ببعض، وتتضمن التجربة 600 مليون حالة تصادم بين البروتونات في الثانية.
وللحفاظ على مسار البروتونات الدائري، يولّد المُعجّل مجالاً مغناطيسياً تبلغ شدته 160 ألف مرة المجال المغناطيسي للكرة الأرضية. ويتولد هذا الحقل من برجين، كل منهما بارتفاع 15 متراً وسمك متر ووزن 35 طناً. ويقول خبراء «سيرن» ان هذا الحجم هو أصغر ما جرى التوصل إليه بفضل الاستخدام المُكثّف للحوسبة الرقمية. ولولا ذلك، لوصل قُطر «هادرون» إلى 120 كيلومتراً.