إيقاف مصادم الهادرونات الكبير في CERN لمدة أربع سنوات لتحديثه إلى عمليات عالية اللمعان

أشهر مصادم للجسيمات في العالم يدخل مرحلته التالية

أوقف CERN تشغيل مصادم الهادرونات الكبير بعد ما يقرب من 18 عامًا من العمل، مطويًا بذلك فصلًا من الفيزياء الحديثة ومطلقًا في الوقت نفسه عملية إعادة بناء كبرى تهدف إلى تمديد العمر العلمي للآلة حتى العقد المقبل وما بعده. ولا يُحال المصادم إلى التقاعد بالمعنى المعتاد، بل يُعاد العمل عليه ليصبح مصادم الهادرونات الكبير عالي اللمعان، وهو إصدار مطوَّر من المقرر أن يبدأ التشغيل في عام 2030 وبلمعان قد يصل إلى 10 أضعاف ما توفره الآلة الحالية.

لذلك فإن هذا الإيقاف ليس نهاية بقدر ما هو توقف استراتيجي. ويصوغ مسؤولو CERN هذه اللحظة على أنها انتقال من LHC كما عرفه الباحثون منذ عام 2008 إلى أداة محسَّنة بدرجة كبيرة تستطيع إنتاج عدد أكبر بكثير من تصادمات الجسيمات والتقاط كمٍّ أكبر بكثير من البيانات منها. وبالنسبة إلى آلة أدت بالفعل دورًا محوريًا في أحد أكبر الاكتشافات العلمية في القرن، فإن ذلك يمثل تسليمًا ذا دلالة كبيرة.

لماذا يوقف CERN التشغيل الآن

يصف النص الأصلي هذه الخطوة بأنها فترة تحديث تمتد أربع سنوات وتتركز حول عملية إعادة تأهيل واسعة للأجهزة داخل الحلقة الحالية للمصادم، التي يبلغ طولها 17 ميلًا، أو 27 كيلومترًا، على الحدود الفرنسية السويسرية. وسيقوم العاملون بتركيب مغناطيسات من الجيل التالي مصممة لتركيز حزم البروتونات بدقة أكبر. والغاية من هذا التغيير هي زيادة معدل التصادم، أو اللمعان، بشكل كبير، وهو ما يحدد في فيزياء المصادمات عدد التفاعلات التي تستطيع التجارب رصدها مع مرور الوقت.

اللمعان الأعلى لا يعني استبدال LHC بنفق مختلف تمامًا أو بموقع جديد بالكامل. فالحلقة نفسها تبقى كما هي. ما يتغير هو تطور الأنظمة داخلها والبنية التحتية للكواشف التي يجب أن تتعامل مع تيار أكثر كثافة من الأحداث. وبذلك يعيد مسؤولو CERN بناء سقف أداء الآلة مع الحفاظ على البنية العامة التي جعلت المصادم الأصلي ممكنًا.

ويمتد التحديث أيضًا إلى الكواشف الرئيسية في LHC. ووفقًا للنص الأصلي، ستُعاد بناء كاشفي ATLAS وCMS حتى يتمكنا من مراقبة أكثر من 5 مليارات تفاعل في الثانية واختيار أكثر التصادمات إثارة للاهتمام لإجراء تحليل أعمق. وهذه الخطوة ضرورية، لأن زيادة عدد التصادمات لا تصبح ذات فائدة علمية إلا إذا استطاعت الأجهزة فرز سيل البيانات الناتج بسرعة وموثوقية.

إرث LHC الأصلي

يحمل قرار إيقاف التشغيل وزنًا رمزيًا غير مألوف بسبب ما أنجزه LHC بالفعل. فمنذ بدء تشغيله لأول مرة في عام 2008، كان المصادم أحد الأجهزة العلمية المعرِّفة لهذا العصر. وقد أتاح للفيزيائيين وسيلة لاستكشاف المادة في ظروف قصوى وعند طاقات غير مسبوقة، فاتحًا نوافذ على سلوك الجسيمات دون الذرية وعلى الكون المبكر.

وجاء أشهر إنجازاته في عام 2012، عندما قدّم العلماء أدلة على بوزون هيغز. كان هيغز متنبأ به نظريًا منذ زمن طويل، لكن رصده تطلّب الطاقة والدقة اللتين استطاع LHC توفيرهما. وقد ملأ هذا الاكتشاف آخر جسيم أساسي كان متوقعًا ضمن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، وساعد على تأكيد الآلية المرتبطة بكتلة الجسيمات عبر حقل هيغز.

ذلك الإنجاز جعل من LHC أكثر من مجرد آلة بحثية بارزة. لقد أصبح رمزًا لما يمكن أن تحققه العلوم الدولية واسعة النطاق عندما تواصل الحكومات والمؤسسات دعم مشروع طموح على مدى عقود. ويشير النص الأصلي أيضًا إلى أن المصادم استُخدم للتحقيق في ظواهر مثل بلازما الكوارك-غلوون، التي يُعتقد أنها تشبه الظروف التي أعقبت الانفجار العظيم مباشرة، وكذلك عدم التوازن بين المادة والمادة المضادة في الكون.

وتفسر هذه الإنجازات سبب حمل إعلان CERN نبرة احتفالية. فقد قال أوليفر برونينغ، مدير المسرّعات والتكنولوجيا في CERN، إن LHC تجاوز التوقعات وغيّر فهم الكون على مدى ما يقرب من عقدين. والرسالة هنا استرجاعية واستشرافية في آن واحد: الآلة الحالية أوفت بوعدها، والتحديث الجديد يهدف إلى توسيع هذه المغامرة العلمية لا إنهائها.

ما الذي يُفترض أن يتيحه اللمعان العالي

الوعد الأساسي لمصادم الهادرونات الكبير عالي اللمعان ليس اكتشافًا واحدًا مضمونًا، بل بيئة تجريبية أغنى بكثير. فزيادة عدد التصادمات تعني فرصًا أكثر لرصد العمليات النادرة وقياس الظواهر المعروفة بدقة أكبر. وعمليًا، ينبغي أن يمكّن ذلك الفيزيائيين من تعميق دراستهم لبوزون هيغز، الذي لا يزال أحد أهم مداخل اختبار أين ينجح النموذج القياسي وأين قد يعجز.

ويقول النص الأصلي إن العلماء يتوقعون أن يضيف المصادم المطوَّر كثيرًا إلى فهمهم لكيفية عمل هيغز. وهذا وحده سيكون مهمًا. فقد تم اكتشاف بوزون هيغز بالفعل، لكن فهم خصائصه بالتفصيل لا يزال مشروعًا جاريًا، وتلك التفاصيل مهمة لأن أي انحراف عن التوقعات النظرية قد يشير إلى فيزياء جديدة.

كما يأمل الباحثون أن يساعد LHC عالي اللمعان في كشف دلائل تتجاوز النموذج القياسي. ويذكر النص الأصلي على وجه التحديد احتمال وجود التناظر الفائق وجسيمات المادة المظلمة الغريبة. وهذه أهداف طويلة الأمد لفيزيائيي الجسيمات لأن النموذج القياسي، رغم قوته التنبؤية، لا يجيب عن كل الأسئلة الكبرى. فهو لا يفسر المادة المظلمة بالكامل، على سبيل المثال، ولا يقدم تفسيرًا نهائيًا لعدد من السمات البنيوية الأعمق للكون.

ويرفع اللمعان الأكبر احتمال التقاط أحداث نادرة للغاية قد تسلط الضوء على تلك المشكلات المفتوحة. كما يجعل اختبار التأثيرات الدقيقة إحصائيًا أسهل عبر إنتاج مجموعات بيانات أكبر بكثير. ومن هذا المنظور، فإن التحديث رهان على أن الاختراقات المقبلة قد لا تأتي من بناء مصادم مختلف تمامًا الآن، بل من دفع المصادم الحالي إلى حدود أبعد بكثير.

توقف طويل بأفق طويل

إن إيقاف التشغيل لمدة أربع سنوات أمر كبير، ويؤكد الهدف المحدد لعام 2030 مدى بطء تحرك البنية التحتية العلمية الضخمة. لكن هذا الإطار الزمني طبيعي بالنسبة إلى أداة بهذه الدرجة من التعقيد. فالمغناطيسات والكواشف وأنظمة الحزم وخطوط التحليل كلها تحتاج إلى إعادة تصميم وتركيب بدقة استثنائية. والنتيجة أن فترة التوقف نفسها جزء من المسار العلمي للتجربة، وليست مجرد وقت خامد بين الفترات التشغيلية.

أما بالنسبة إلى CERN، فالتحدي يتمثل في الحفاظ على الدعم الشعبي والسياسي خلال فترة لا ينتج فيها أشهر مصادم في العالم بيانات تصادم جديدة. وتتمثل إجابة المؤسسة في تقديم هذا التوقف بوصفه استعدادًا لخليفة أكثر قدرة سيشغل الحلقة نفسها. ولهذا يُقدَّم مصادم الهادرونات الكبير عالي اللمعان تقريبًا كما لو كان آلة جديدة، رغم أنه ينمو مباشرة من سلفه.

وهذا التأطير مقنع لأن القفزة العلمية تبدو ملموسة. فمصادم يعمل بلمعان يصل إلى 10 أضعاف اللمعان الأصلي ليس مجرد تحديث طفيف، بل محاولة متعمدة لتحويل أداة تاريخية بالفعل إلى مسبار أكثر دقة وإنتاجية للفيزياء الأساسية.

ما التالي

ساعد مصادم الهادرونات الكبير الأصلي في تأكيد بوزون هيغز ووسّع قدرة البشرية على اختبار البنية دون الذرية للواقع. أما النسخة التالية فهي تُبنى لتذهب أبعد: تلتقط مزيدًا من التصادمات، وتقيس بدقة أكبر، وربما تكشف ظواهر لم تكن الآلة الحالية قادرة على حلها بوضوح. سواء اكتشفت جسيمات جديدة تمامًا أو اكتفت بتضييق نطاق النظريات بشكل أشد، فإن المصادم المطوَّر سيشكل فيزياء الجسيمات خلال ثلاثينيات هذا القرن.

وفي الوقت الراهن، رسالة CERN بسيطة. فـ LHC كما عرفه العالم العلمي منذ عام 2008 قد انتهى. وبدلًا منه، يستعد المهندسون والفيزيائيون لخليفة عالي اللمعان صُمم لاستخلاص الكثير من الحلقة نفسها. وإذا كان إرث الآلة الأصلية هو الاكتشاف، فستكون مهمة الآلة التالية هي العمق.

يعتمد هذا المقال على تقرير من Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.