الغرافيتونات (Gravitons)
هي جسيمات صغيرة تحمل "قوة" الجاذبية.
وهي ما يعيدك إلى سطح الأرض عندما تقفز.
إذاً لماذا لم يسبق لنا رؤيتها ؟
ولم هي معقدة جداً لدرجة إننا بحاجة إلى نظرية الأوتار (string theory) لفهمها؟
تصدر الفوتونات والغلونات والجرافيتونات الضوء إلينا على شكل موجات ، وقد عرفنا ذلك منذ زمن بعيد.
في الواقع ، حقيقة أن الضوء هو أيضًا جسيم صدم الجميع ، لكننا توصلنا إلى اتفاق مع ذلك.
القوه الكهرومغناطيسية
ما غالبًا ما يتم تجاهله من القصة هو أن الضوء ليس مجرد وسيلة لتسلية أعيننا. الفوتونات ليست مجرد جسيمات تصطدم بشبكية العين ، بل هي أجسام عديمة الكتلة تمنحنا قوة مدروسة أخرى ، القوة الكهرومغناطيسية.
يعرف الكثير منكم أنه عندما يصطدم فوتون بطاقة معينة بذرة ، تقفز إلكترونات تلك الذرة الخارجية إلى مدار أعلى. عندما يعود الإلكترون إلى مداره السفلي ، فإنه يرسل ذلك الفوتون مرة أخرى.
تشرح هذه العملية سبب توهج الأشياء ، وكذلك سبب إشعاعها بألوان معينة فقط ، حيث يجب أن يمتلك الفوتون طاقة معينة لجعل الإلكترون يقفز ، وهذا يترجم إلى طول موجي محدد ، وبالتالي إلى لون معين.
وعندما ننظر إلى هذه العملية بعمق أكبر ، يمكننا أن نرى ما هي هذه الفوتونات حقًا ، لأنها الجسيمات التي تحرك الإلكترونات التي تحمل "القوة" الكهرومغناطيسية.
بالطبع ، الفوتونات ليست الجسيمات الوحيدة التي تحمل القوة. تحمل الجسيمات التي تسمى الغلوونات القوة النووية الشديدة ، والتي تربط الفوتونات ببعضها البعض في النواة الذرية.
يبدو أن ما نسميه "القوة" على المستوى الكلي ينتقل عبر الجسيمات على المستوى المجهري ، ويجب أن يكون الجرافيتون أحد هذه الجسيمات.
مشكلة الجرافيتونات - أو بشكل أكثر دقة ، المشكلة الأولى مع الجرافيتونات - هي أن الجاذبية لا يفترض أن تكون قوة على الإطلاق.
تشير النسبية العامة إلى أن الجاذبية هي انحناء في نسيج الزمن ، وتسمح بموجات الجاذبية.
من الممكن أن تأتي هذه الموجات بأطوال موجية معينة كفوتونات ، وبالتالي يمكن أن تكون جرافيتونات.
الغرافيتونات ونظرية الأوتار
يعرف العلماء أشياء كثيرة عن الجرافيتونات حتى بدون ملاحظتها. إنهم يعلمون أنهم يجب أن يكونوا عديمي الكتلة ، لأن الجاذبية قوة في نطاق لانهائي.
هذا يجعلها عملية "قياس البوزونات" ، وتصنيفها مع ارتباط الفوتونات والجلوونات.
وهم يعرفون أيضًا أن الجرافيتون لها دوران ، أو "عزم ذاتي" ، مما يجعلها فريدة داخل الجسيم. مجتمعة ، تعني هذه الميزات أنه إذا تمكن العلماء من تحديد حدث يتضمن جسيمًا غامضًا عديم الكتلة وله دورانان ، فلا بد أنهم يبحثون في الجرافيتون. ومع ذلك ، هناك مشكلة كبيرة ، ولفهمها علينا العودة إلى الفوتونات والإلكترونات.
عندما يسقط الإلكترون من مستوى إلى آخر ، فإنه يصدر فوتونًا. وعندما يسقط هذا الفوتون أو يتحرك ، فإنه لا ينتج فوتونًا آخر.
وهكذا ، فإن حركة الإلكترونات تنتج الفوتونات ، لكن حركة الفوتونات لا تنتج المزيد منها.
هناك حالات يمكن فيها للفوتونات أن تفعل أشياء غريبة. يمكنهم الانشطار في ثنائيات الإلكترون والبوزيترون ، والتي تنتج المزيد من الفوتونات ، ثم تتحد لتصبح فوتونًا مرة أخرى. على الرغم من أن هذه الدفقة من الجسيمات يمكن أن تصبح شديدة الحرارة ، إلا أنها لا تنتج سلاسل متفرعة لانهائية من الفوتونات. لهذا السبب يمكن أن تصبح تفاعلات الفوتونات والإلكترونات طبيعية مرة أخرى ، ويمكن أن تكون غريبة ولكنها لا يمكن أن تصبح غير مستقره
بالطبع ، الجرافيتونات ليست قابلة للطرق. في حين يتم إنتاج الفوتونات من خلال الحركة في الإلكترونات ، يتم إنتاج الجرافيتونات بواسطة الطاقة والكتلة. الجرافيتون عديم الكتلة ولكنه يحمل طاقة ، مما يعني أن جرافيتون واحد يمكنه إنتاج المزيد من الجرافيتون.
ومثل الجسيمات الكمومية الأخرى ، يمكن للجرافيتونات أن تحمل الكثير من الطاقة عندما تكون محصورة في مساحة صغيرة. ينحصر الجرافيتون في مساحة صغيرة عندما يدفع جرافيتونًا آخر للخارج. وفي تلك اللحظة ، هناك نوعان من الكتابة على الجدران في مساحة ضيقة بجانب بعضهما البعض.
هذه الكمية الهائلة من الطاقة تجعل الجرافيتون الجديد ينتج رافيتون آخر. ومن ثم ، فإن هذه الحلقة اللانهائية من إنتاج الجرافيتون تجعلها غير مستقرة.
يتم استدعاء نظرية الأوتار في هذه الحالات ، لأن الجرافيتونات غير المستقرة هي نقاط ، والأوتار أطول من النقاط ، وبالتالي فإن تكوين هذه الجرافيتونات الوترية لا يقتصر على المكان والزمان.
تمنع منطقة التذبذب الصغيرة تكوين جرافيتونات عالية جدًا بحيث تتطلب إنشاء جرافيتون آخر وتجعل النظرية غير مستقرة.
مصادم الهادرونات الكبير LHC
كيف يمكننا إيجاد الجرافيتون؟ هناك منشآت تبحث عن موجات الجاذبية ، ولكن أكثر الأماكن الواعدة للعثور على الجرافيتونات هو مصادم الهادرونات الكبير (LHC). في المقام الأول ، ستبحث CERN عن شيء غير موجود ، وكذلك يجب أن تصطدم الجسيمات. عند فحص التصادم وعواقبه ، يجب مراعاة عزم الدوران والكتلة والقوة والدوران.
بالطبع ، لا يمكن أن تكون هناك كتلة تسير في اتجاه معين دون توجيه كتلة متطابقة في الاتجاه المعاكس. التعقيد هو أنه يمكن أيضًا طي الجرافيتونات في أبعاد أخرى.
ربما هذا هو سبب عدم رؤيتنا لها بعد. ما سيبحث عنه العلماء في سيرن هو ثقب وليس جرافيتون. يجب أن يكون هناك خلل غريب في الطاقة وعزم الدوران بعد الحدث. أيضًا ، يجب أن تتساوى الطاقة وعزم الدوران مع الجرافيتون الهارب - بمعنى الجرافيتون الذي يتوهج لفترة قصيرة قبل أن يتجه إلى بُعد آخر. يجب الاعتراف بأن هناك أبعادا أخرى ...