براين كوكس: عن مصادم الجسيمات الكبير للمنظمة الأوروبية للبحث النووي (سيرن)

هذا مصادم الجسيمات الكبير. محيطه 27 كيلومتر؛ إنه أكبر تجربة علمية تتم محاولتها على الإطلاق. أكثر من 10,000 من علماء الفيزياء والمهندسين من 85 بلداً من جميع أنحاء العالم قدموا معاً على مدى عدة عقود لبناء هذه الآلة. ما نفعله هوأننا نقوم بتعجيل البروتونات -- لذلك ، نواة الهيدروجين -- حوالي 99.999999 في المئة من سرعة الضوء. حسناً؟ في تلك السرعة، و يدورون 11,000مرة فى الثانية على ذلك القطر الذى مساحته 27 كيلومتر. ونقوم بصدمها بشعاع آخر من البروتونات يسير في الإتجاه المعاكس. نقوم بصدمها داخل كاشفات عملاقة.

هي كاميرات رقمية في الأساس. وهذا هو الذي أعمل عليه فى تجربة أطلس. يمكنك الإحساس بالحجم -- بالنظر للناس بحجم معايير الإتحاد الأوروبي تحت الرسم.

(ضحك)

يمكنك الحصول على بعض الإحساس بالحجم: 44 متر للعرض، بقطر 22 متر، 7,000 طن. وسنقوم بإعادة تهيئة الظروف التي كانت موجودة بأقل من المليار من الثانية بعد بدأ الكون -- تصل إلى 600 مليون مرة في الثانية داخل هذا الكاشف -- أعداد هائلة. وإذا كنتم ترون هذه القطع المعدنية الممغنطة هناك -- تلك الهائلة هى التي تغير مسار الجزيئات المشحونة كهربيا، بحيث يمكن قياس مدى سرعة ترحالها. هذه الصورة قبل نحو سنة. تلك المغناطيسات بالداخل هناك. ومرة أخرى، شخص حقيقي بحجم معايير الإتحاد الأوروبي حتى تحصلوا على بعض الإحساس بالمقياس. وهناك تلك الإنفجارات العظيمة المصغرة سيتم إنشاؤها، في وقت ما في صيف هذا العام.

وفي الواقع، هذا الصباح، تلقيت رسالة بالبريد الإلكتروني تقول بأننا قد إنتهينا، اليوم، من بناء آخر قطعة من تجربة أطلس. إذاً إعتباراً من اليوم، إنتهت. أود القول بأن و هذا ما خططت له لـ TED ! لكننى لم أفعل. إذاً فقد تم الانتهاء إعتباراً من اليوم.

(تصفيق)

نعم، إنه إنجاز رائع. إذاً، قد تتسألون "لماذا؟ لماذا خلق الظروف التي كانت موجودة بأقل من بليون من الثانية بعد بدأ الكون؟" حسناً، علماء فيزياء الجسيمات لا يكونون طبيعيون؛ إن لم يكونوا طموحين. والهدف من فيزياء الجسيمات هو فهم مكونات صناعة كل الأشياء، وكيف أن كل الأشياء ملتصقة معاً. و بـ "كل الأشياء" أقصد، بالطبع، أنا و أنتم، الأرض، الشمس، و المائة مليار شمس في مجرتنا و المائة مليار مجرة الممكن ملاحظتها بالكون. كل شيء على الإطلاق.

الآن يمكنكم القول : "حسناً، حسناً، ولكن لماذا لا ننظر فقط في ذلك؟ هل تعلم؟ إذا كنت تريد أن تعرف مما أنا مصنوع، دعونا ننظر إلي." حسناً، وجدنا بالنظر إلى الوراء في الزمن، الكون كان أكثر و أكثر سخونة، أكثر وأكثر كثافة، وأكثر وأكثر بساطة. الآن، لا يوجد أى سبب حقيقي لإدراكى ذلك، ولكن يبدو أن هذا هو الحال. لذلك، بالعودة في أوقات مبكرة من الكون، نعتقد أنها كانت بسيطة جداً و قابلة للفهم. كل هذا التعقيد، وصولاً إلى هذه الأشياء الرائعة -- مخ الإنسان -- هو ملك لأقدم وأبرد كون معقد. بالعودة للبداية، في أول مليار من الثوانى، نعتقد، أو قد لاحظنا، إنه كان في غاية البساطة.

إنها تقريباً مثل... تخيل رقاقة ثلج في يدك، ونظرت إليها، وإنها معقدة إلى حد لا يصدق، كائن جميل. ولكن بتسخينها، ستذوب إلى بركة من الماء، وستكون قادراً على رؤية ذلك؛ في الواقع كان فقط مكوناً من H2O، ماء. إذاً الأمر بالفهم نفسه أن ننظر إلى الوراء في الزمن لفهم مما هو مصنوع هذا الكون. وللوقت الحاضر، فهو مصنوع من هذه الأشياء. فقط 12 جزيئ من المادة. ملتصقة معاً بأربع قوى من الطبيعة. الكواركات، هذه الأشياء الوردية، هي الأشياء التي تشكل البروتونات والنيوترونات التي تشكل الأنوية الذرية في جسمك. الإلكترون -- الشيء الذي يدور حول نواة الذرة -- مقيد في مدار، بالمناسبة، عن طريق القوة الكهرومغناطيسية المنقولة عن طريق هذا الشيء، الفوتون. والكواركات ملتصقة معاً بواسطة أشياء أخرى تسمى الغلونات.

وهؤلاء الرفاق هنا، هم أضعف قوة بالنواة، ربما الأقل إلفةً. ولكن من دونهم لن تسطع الشمس. وعندما تسطع الشمس، يمكنك الحصول على كميات وفيرة من هذه الأشياء تسمى النيوترينوات المنهمرة. في الواقع، إذا ألقيت مجرد نظرة على ظفر إبهامك -- حوالي سنتيمتر مربع -- هناك حوالي هناك حوالي 60 مليار نيوترينوات في الثانية الواحدة من الشمس، تسقط على كل سنتيمتر مربع من جسمك. ولكنك لا تشعر بهم وذلك لأن تسميتهم بالقوة الضعيفة تسمية صحيحة تماماً. مدى قصير للغاية وضعيف جداً، لذلك فهي فقط تمر من خلالك.

وهذه الجزيئات تم إكتشافها على مدى القرن الماضي، إلى حد كبير. أول واحد، الإلكترون، اكتشف في عام 1897، و آخر واحد، هذا الشيء يسمى تاو نيوترينو، في عام 2000. في الواقع أعلى -- كنت أريد أن أقول، أعلى الطريق في "شيكاغو". وأنا أعلم أنه بلد كبير، أمريكا، أليس كذلك؟ أعلى الطريق. نسبة إلى الكون، هو أعلى الطريق.

(ضحك)

إذاً، تم إكتشاف هذا الشيء في عام 2000، لذا فهي صورة حديثة نسبياً. أحد الأشياء الرائعة، في الواقع، التي أجدها، هو عثورنا على أي واحد منهم، عندما تدرك كيف أنها صغيرة. كما تعلمون، إنهم خطوة بالقياس من الكون كله الذي يمكن ملاحظته. إذاً 100 مليار مجرة، 13.7 مليار سنة ضوئية بعيداً -- خطوة بالقياس عن تلك إلى مدينة "مونتيرى"، في الواقع، هو الأمر نفسه كما من مدينة "مونتيرى" لهذه الأشياء. أنها دقيقة بشكل رائع، بكل معنى الكلمة. و رغم ذلك، فقد اكتشفنا تقريبا" المجموعة كلها.

إذاً، واحد من اكثر اسلافى لمعانا". فى جامعة مانشستر, أرنست راذرفورد. مكتشف نواة الذرة، قال ذات مرة، "كل العلوم هى إما فيزياء او جمع طوابع." حسنا، انا لا اعتقد انه قد قصد اهانة باقى العلوم، على الرغم من انه كان من نيوزيلندا، لذا فهذا ممكن.

(ضحك)

لكن ما قصده هو ان ما قمنا به، فى الواقع هو جمع طوابع من هناك-- حسنا، لقد اكتشفنا الجزيئات، لكن ما لم تفهم السبب الخفى لذلك النمط -- تعرفون، لماذا بنيت كما هى -- فانتم فى الواقع قد قمتم بجمع الطوابع -- لم تمارسوا العلم. لحسن الحظ ، لدينا ربما واحد من اكبر الانجازات العلمية للقرن ال20 الذى يدعم هذا النمط. هو قانون نيوتن، اذا اردتم لفيزياء الجسيم. اسمه "النموذج القياسى" -- معادلة رياضية بسيطة يمكنكم وضعها على ،t-shirt و ذلك دائما علامة الاناقة ها هو.

(ضحك)

لقد كنت مخادعا" قليلا، لأنى قد مددته مع كل تفاصيله العنيفة. هذة المعدلة، رغم ذلك، تسمح لك بحساب كل شيء -- ما عدا الجاذبية -- يحدث فى الكون. فاذا اردت ان تعرف لماذا السماء زرقاء، لماذا تلتصق انوية الذرة مع بعضها -- فى المبدأ، لديك كمبيوتر كبير كفاية -- لماذا الحمض النووى له الشكل الذى هو عليه. فى المبدأ، ينبغى عليك ان تكون قادرا على حساب ذلك من هذه المعادلة.

و لكن هناك مشكلة. هل يستطيع احد ان يرى ما هى؟ زجاجة شمبانبا لأى شخص يخبرنى. سوف اسهل الامر، فى الحقيقة ، بتكبير احد الخطوط. فى الاساس، كل واحد من هذه المصطلحات يشير الى بعض الجسيمات فحروف الـ W تشير الى الـ Ws، و كيف تلتصق ببعضها. و حاملات القوة الضعيفة, حروف الـ Z، بالمثل. و لكن هناك رمز اضافى فى هذه المعادلة: H صحيح، H H تعبر عن جسيم هيجز. لم يتم اكتشاف جسيمات هيجز . و لكنها ضرورية -- هى ضرورية لتجعل هذه الرياضيات تعمل. لذا فكل الحسابات المفصلة بشكل رائع التى يمكننا القيام بها بواسطة هذه المعادلة الخلابة لن تكون ممكنة من دون جزء إضافي. لذا فهذا تنبؤ -- تنبؤ بجسيم جديد.

ماذا يفعل؟ حسنا، كان لدينا وقت طويل للتوصل الى تشبيهات جيدة. و سابقا فى الثمانينات، عندما اردنا المال من اجل مصادم الجسيمات العملاق من الحكومة البريطانية، قالت مارغريت تاتشر فى ذاك الوقت، "اذا استطعتم ان تشرحوا، فى لغة يستطيع سياسى ان يفهمها، ما الذى تفعلونه، يمكنكم الحصول على المال أريد ان اعرف ما الذى يفعله جسيم هيجز ذلك و قد توصلنا الى هذا التشبيه و يبدو انه يعمل حسنا، الذى يفعله هيجز هو انه يعطى كتلة للجسيمات الاساسية و الصورة هى ان الكون كله وهذا لا يعنى فقط الفضاء، هذا يعنى انا ايضا، و بداخلك -- الكون كله مليء بشيء يسمى حقل هيجز. جسيمات هيجز، اذا اردتم.

التشبيه هو ان هؤلاء الناس فى غرفة هم جسيمات هيجز. الان عندما يتحرك جسيم عبر الكون، يمكنه التفاعل مع جسيمات هيجز تلك. و لكن تخيل شخص ليست له شعبية كبيرة يتحرك عبر الغرفة. عندها يتجاهله الجميع. يمكنه ان يمر عبر الغرفة بسرعة كبيرة. أساسا بسرعة الضوء. فهو ليست له كتلة. و تخيل شخص مهم بشكل لا يصدق و له شعبية كبيرة و ذكى يدخل الغرفة. سوف يحيط به الناس، و مروره عبر الغرفة تتم اعاقته. تقريبا كأنه يصبح اثقل. تزداد كتلته. و هكذا بالضبط تعمل تقنية هيجز. الصورة هى ان الالكترونات و الكواركات فى جسمك و فى الكون الذى نراه من حولنا ثقيلة، بمعنى، و كبيرة الكتلة، لأنها محاطة بجسيمات هيجز. فهى تتفاعل مع حقل هيجز.

اذا كانت هذه الصورة صحيحة، فعلينا ان نكتشف جسيمات هيجز تلك فى مصادم الجسيمات العملاق. و اذا لم تكن صحيحة -- لأنه آلية معقدة الى حد بعيد، على الرغم من انها ابسط ما امكننا ان نفكر فيه -- فأيا كان ما تفعله وظيفة جسيمات هيجز علينا الان ان نظهره فى مصادم الجسيمات العملاق. و هذا واحد من الاسباب الاولية التى جعلتنا نبنى تلك الألة العملاقة. انا سعيد انكم تعرفتم علي مارغريت تاتشر. فى الحقيقة، لقد فكرت فى ان اجعل هذا اكثر صلة ثقافيا"، لكن -- (ضحك) على أي حال. اذا" هذا شيء واحد. هذا فى الأساس ضمانة لما سوف يجده مصادم الجسيمات العملاق.

توجد أشياء اخرى كثيرة. انتم عرفتم الكثير من المعضلات فى فيزياء الجسيمات. واحدة منهم سمعتم عنها: المادة المعتمة، الطاقة المعتمة. هناك قضية اخرى، و هى ان القوى فى الطبيعة -- هذا جميل جدا" فى الحقيقة -- يبدو، بينما تعود بالزمن، يبدو انها تتغير فى شدتها. حسنا، هى تتغير فى شدتها بالفعل. اذا" القوة الكهرومغناطيسية، القوة التى تبقينا متماسكين, تشتد بينما تتحرك الى درجات حرارة اعلى. القوة الشديدة، القوة النووية الشديدة، التى تلصق النوى ببعضها، تضعف. و ما تراه فى النموذج القياسي -- يمكنك ان تحسب كيف تتغير -- هو القوى -- القوى الثلاث، غير الجاذبية -- يبدو تقريبا انها تتلاقى فى نقطة واحدة. يبدو تقريبا و كأن كان هناك نوع جميل من القوة العظمى، قديما عند بداية الزمن. و لكنها تخفق.

الان هناك نظرية اسمها التناظر الفائق، و هى تضاعف عدد الجسيمات فى النموذج القياسي. و الذى، لأول وهلة، لا يبدو كأنه تبسيط. و لكن فى الحقيقة، بواسطة هذه النظرية، نجد ان قوى الطبيعة تبدو انها تتحد مع بعضها، قديما عند الانفجار العظيم. نبؤة رائعة بحق. ان النموذج لم يُبنى ليفعل ذلك، و لكن يبدو انه يفعله. ايضا، تلك الجسيمات الفائقة التناظر هى مرشح قوى ان تكون المادة المعتمة. اذا" نظرية تفرض نفسها بشدة و هى فى الحقيقة تعميم الفيزياء. و اذا كنت سأضع المال فيها، لكنت وضعت المال -- بطريقة غير علمية اطلاقا" -- أن أن هذه الاشياء ستظهر فى مصادم الجسيمات العملاق. أشياء اخرى كثيرة يمكن ان يكتشفها مصادم الجسيمات العملاق.

و لكن فى الدقائق الأخيرة القليلة، اريد ان اعطيكم منظور مختلف لما اعتقد -- ما تعنيه لى فى الحقيقة فيزياء الجسيمات -- فيزياء الجسيمات و علم الكونيات. و هو انى اعتقد انها اعطتنا سرد رائع -- تقريبا قصة خلق، اذا اردتم -- عن الكون، من العلم الحديث على مدار العقود القليلة الأخيرة. و استطيع ان اقول انها تستحق، فى روح حديث وايد دافيس، على الأقل ان توضع هناك فى الأعلى مع قصص الخلق الرائعة تلك للناس من جبال الأنديز العالية و الشمال المتجمد. هذه قصة خلق، اعتقد انها رائعة بنفس القدر.

القصة هى كالتالى: نحن نعلم ان الكون إبتدأ منذ 13.7 مليار سنة مضت، فى حالة شديدة الحرارة و الكثافة، اصغر بكثير من ذرة واحدة. و ابتدأ يتمدد حوالى واحد على مليون من مليار مليار مليار من جزء من المليار من من الثانية -- اعتقد انى اصبت فى ذلك -- بعد الإنفجار العظيم. انفصلت الجاذبية بعيدا" عن القوى الأخرى. و خضع الكون لتمدد أسى يسمى التضخم. فى حوالى اول بليون من الثانية تقريبا، بدأ حقل هيجز فى الظهور، و الكواركات و الغلونات و الإلكترونات التى تكوننا اكتسبت كتلة. و استمر الكون فى التمدد و تناقص درجة حرارته. و بعد دقائق قليلة، وجد الهيدروجين و الهيليوم فى الكون. هذا كل شيء. كان الكون حوالى 75 بالمائة هيدروجين، 25 بالمائة هيليوم. و هو لا يزال هكذا اليوم.

و استمر فى التمدد حوالى 300 مليون عام. ثم بدأ الضوء فى السفر عبر الكون. كان كبيرا كفاية ليكون ضوءا" شفافا"، و هذا ما نراه فى خلفية الكون من الموجات الصغرى و الذى وصفه جورج سمووت كأنه النظر الى وجه الله. بعد حوالى 400 مليون عام، تشكلت اوائل النجوم، و هذا الهيدروجين، هذا الهيليوم، بدأت عندها بالتشكل الى عناصر اثقل، اذا" عناصر الحياة -- الكربون، و الأكسجين و الحديد، جميع العناصر التى نحتاجها لتكوننا -- تم تشكيلها فى هذه الأجيال الأولى من النجوم، و التى عندها نفد منها الوقود، و انفجرت، رمت هذه العناصر الى الكون مرة اخرى. ثم تجمعت مرة اخرى لتكون جيل جديد من النجوم و الكواكب.

و على بعض هذه الكواكب، الأكسجين الذى تم خلقه فى هذا الجيل الأول من النجوم امكنه ان يندمج مع الهيدروجين ليكون الماء، الماء السائل على السطح. على واحد على الأقل، و على واحد فقط على الأرجح من هذه الكواكب، تطورت الحياة البدائية، و التى تطورت على مدى ملايين السنين الى اشياء سارت منتصبة و تركت أثار أقدام منذ حوالى ثلاثة ملايين سنة و نصف مضت فى سهول الطين فى تنزانيا، و أخيرا" تركت أثر قدم على عالم أخر. و بنت هذة الحضارة، هذه الصورة الخلابة، التى حولت الظلام الى نور، و يمكنك ان ترى الحضارة من الفضاء. و كما قال واحد من ابطالى العظماء، كارل ساجان، هذه هى الأشياء -- و فى الحقيقة ليس فقط هذه الأشياء، و لكنى كنت انظر حولى -- هذه هى الأشياء، مثل صواريخ ساتورنV ، و سبوتنيك، و الحمض النووى، و الأدب و العلوم -- هذه هى الأشياء التى تفعلها ذرات الهيدروجين عندما تعطى 13.7 مليار عام.

قطعا" جدير بالملاحظة. و قوانين الفيزياء، صحيح؟ اذا"، القوانين الصحيحة للفيزياء -- متوازنة بشكل جميل. اذا كانت القوة الضعيفة مختلفة قليلا"، لم يكن الكربون و الأكسجين ليكونا مستقرين فى داخل قلوب النجوم، و لم يكن ليكون أى من هذا فى الكون. و أعتقد أن هذه قصة رائعة و ذات مغزى. قبل 50 عاما" لم اكن لأستطيع رواية هذه القصة، لأننا لم نكن نعرفها. و هى تجعلنى فعلا" اشعر أن هذه الحضارة -- و التى ، كما اقول، اذا صدقتم قصة الخلق العلمية، قد برزت ببساطة كنتيجة لقوانين الفيزياء، و بعض ذرات الهيدروجين -- و عندها اعتقد، لنفسى على أى حال، انها تجعلنى اشعر بأنى ذو قيمة جيدة تجاه نفسى .

اذا هذا هو مصادم الجسيمات العملاق. ان مصادم الجسيمات العملاق هو حقا، عندما يعمل الصيف القادم، سوف يكتب الفصل التالى فى هذا الكتاب. و انا بالفعل اتطلع بإثارة بالغة لأن يعمل. شكرا.

(تصفيق)