كتب – رامز يوسف:
صنفت ميكانيكا الكم الجسيمات منذ فترة طويلة إلى نوعين مختلفين فقط: الفرميونات والبوزونات.
الآن وجد علماء الفيزياء من جامعة رايس في الولايات المتحدة أن النوع الثالث قد يكون ممكنًا، على الأقل من الناحية الرياضية. يُعرف هذا النوع بالجسيمات شبه الجزيئية، وقد يشير سلوكه إلى وجود جسيمات أولية لم يفكر فيها أحد من قبل.
يقول كادن هازارد، الذي صاغ مع المؤلف المشارك تشي يوان وانج نظرية لإثبات كيف يمكن للأشياء التي ليست فرميونات أو بوزونات أن توجد في الواقع المادي دون كسر أي قوانين معروفة: “حددنا أن أنواعًا جديدة من الجسيمات التي لم نعرفها من قبل ممكنة”.
تشمل الفرميونات جسيمات أساسية تبني الذرات، مثل الإلكترونات والكوراكات. وبعبارات أكثر دقة، لديها خاصية تمنعها من احتلال حالات كمية متطابقة، ما يضمن فعليًا عدم تمكن فرميونين متطابقين من ملء نفس المساحة”.
يقول هازارد: “هذا السلوك مسؤول عن البنية الكاملة للجدول الدوري. وهو أيضًا السبب في أنك لا تمر عبر مقعدك عندما تجلس”.
تعرف البوزونات بمقياس مختلف لهذه الخاصية يسمح لها بالمرور عبر بعضها البعض مثل الأشباح في الممر.
تعمل البوزونات عادةً كحاملات قوة مثل الفوتونات والجلوونات، وتتوسط التفاعلات بطرق تدفع وتجذب الفرميونات إلى كل شيء من البروتونات إلى القنافذ إلى البطاطس إلى الكواكب.
الفرميونات والبوزونات
يصنف النموذج القياسي الجسيمات الأساسية إلى مجموعات ذات صلة.
هناك استثناء واحد ملحوظ لهذه القاعدة الصارمة لفصل الحالة الكمومية. مقتصرة على بعدين فقط، يمكن لبعض المواد أن تؤدي إلى سلوك يشبه الجسيمات يكسر القوانين الإحصائية المتوقعة من الفرميونات والبوزونات، ما يسمح فعليًا بتبادل فريد للحالات الكمومية.
هذه الثغرات التقنية المعروفة باسم “الأنيونات” لا يمكن أن تمتد إلى الفضاء الثلاثي الأبعاد لكوننا، وبالتالي فمن غير المرجح تمثيلها بواسطة أي جسيمات أساسية حقيقية لم نكتشفها بعد. فهي ليست ممرًا جديدًا في الأجهزة الكمومية؛ بل إنها أشبه بسلسلة مفاتيح جديدة يمكنك التقاطها من المنضدة الأمامية.
ومع ذلك، لم يمنع هذا أبدًا علماء الفيزياء النظرية من العبث بالأوصاف الكمومية للجسيمات الافتراضية لمعرفة ما الذي سيبقى، والعمل في مجال يسمى الإحصائيات الجزيئية. ورغم أن هذا تعبير رياضي بحت، فإن القيام بذلك يمكن أن يكشف عن حقائق أعمق حول ما إذا كانت الفرميونات والبوزونات هي كل ما هو موجود حقًا، وإذا كان الأمر كذلك، فلماذا.
منذ نشأتها في أوائل إلى منتصف القرن العشرين، فشلت الإحصاءات الجزيئية في العثور على أي شيء لا يمكن أن يقع في صناديق الفرميونات أو البوزونات. ومع تطور النظريات الكمومية بمرور الوقت، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن أي نظرية تُطرح من خلال الإحصائيات الجزيئية لا يمكن تمييزها عن الكون الذي لا يحتوي إلا على الفرميونات والبوزونات.
يعتقد وانج وهازارد أنهما اكتشفا سببًا للاختلاف. من خلال تقديم خطوة ثانية من التكميم تختلف عن الطرق السابقة، فقد أظهرا أن السلوكيات الجماعية في المواد يمكن أن تؤدي إلى ظهور جسيمات تتصرف إلى حد ما مثل الأيونات حتى عندما تنعطف في زوايا كون ثلاثي الأبعاد متطابق إلى حد كبير مع كوننا.
يفشل المفهوم كثيرًا في رسم مسار لفئة جديدة تمامًا من الجسيمات، فهو يخدم فقط لإظهار أننا ربما لا نريد إغلاق كتاب الاحتمال بعد.
يقول وانج: “لتحقيق الجسيمات الجزيئية في التجارب، نحتاج إلى مقترحات نظرية أكثر واقعية”.
ومع ذلك، فإن معرفة أن أجهزة النموذج القياسي للفيزياء الكمومية لم تخزن أي شيء حتى الآن للنسبية العامة، ولا يوجد بها مكان لطوب المادة المظلمة أو ينابيع الطاقة المظلمة الغامضة بنفس القدر، فإن وضع خطط للتوسع أمر يستحق العناء.
نُشر هذا البحث في مجلة Nature.
اقرأ أيضا:
