جسيم هيغز ومصير الكون: لماذا لا يزال كوننا موجودًا

لقد وُجِدَ كونُنا منذ 13.7 مليار سنة، ولكن وفقًا لأبحاث فيزياء حديثة، قد يكون في حالة خطيرة غير مستقرة. يكمن مصدر هذا الخطر في عدم استقرار جسيم أساسي يُسمى بوزون هيجز. يشرح هذا المقال كيف يمكن لجسيم هيجز أن يؤثر على مصير الكون ولماذا ما زال كوننا موجودًا، مستندين إلى أحدث الاكتشافات البحثية.

ما هو جسيم هيجز؟

جسيم هيجز، الذي اكتُشف في عام 2012، هو نوع من الجسيمات الأولية التي تمنح الكتلة لجميع الجسيمات الأخرى. لتوضيح ذلك بمثال يومي، يُجري جسيم هيجز تفاعلات مع الجسيمات الأخرى مثل الأشخاص الذين يمشون عبر الثلج، مما يُبطئ حركتهم وبالتالي يعطيهم كتلة.

وجود جسيم هيجز يُخبرنا أن هناك حقل خاص يسمى “حقل هيجز” يملأ الكون بأسره. يمكنك تصور هذا الحقل كمستوى هادئ من الماء يمتد عبر كل الكون. هذا “الحقل” له نفس الخصائص عبر الكون، ولهذا السبب يمكننا ملاحظة نفس قوانين الفيزياء في كل مكان في الكون.

عدم استقرار حقل هيجز

يُعتقد أن الحالة الحالية لحقل هيجز “مستقرة ظاهريًا”. الاستقرار الظاهري يشير إلى حالة تبدو مستقرة ولكنها قد تتحول نحو حالة أكثر استقرارًا. مثال قابل للتطبيق هو كوب موضوع على حافة طاولة. لن يسقط الكوب على الفور، ولكنه قد يسقط إذا تعرّض إلى اضطراب طفيف.

وبالمثل، بينما يبدو حقل هيجز مستقرًا الآن، يُمكنه نظريًا التحول إلى حالة طاقة أقل. إذا حدث مثل هذا التحول، فإنه سيغير بشكل جذري قوانين الفيزياء كما نعرفها.

يُسمى هذا التغيير “تحول المرحلة”. تحول المرحلة هو ظاهرة حيث تتغير حالة المادة بشكل مفاجئ، مثل تحول الماء إلى جليد أو بخار. إذا حدث تحول في مرحلة حقل هيجز، فإنه سيُنشئ “فقاعات” في الفضاء بقوانين فيزيائية مختلفة تمامًا.

لتصور هذه “الفقاعات”، فكر في الفقاعات في الماء المغلي. ومع ذلك، داخل فقاعات حقل هيجز، لن تُطبق قوانين الفيزياء المعروفة لدينا. على سبيل المثال، قد تتغير كتلة الإلكترونات فجأة، وقد تصبح الذرات غير مستقرة. بمعنى آخر، إذا حدث مثل هذا التغيير، يمكن لعالمنا أن يختفي في لحظة.

عمر الكون

تشير قياسات الكتلة الجسيمية الأخيرة في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في سيرن إلى أن مثل هذا الحدث ممكن نظريًا. ومع ذلك، لا حاجة للقلق. هذا سيحدث على الأرجح بعد عدة تريليونات من السنين، وهي مدة زمنية أطول بآلاف المليارات من عمر الكون الحالي.

لهذا السبب يقول الفيزيائيون إن الكون “مستقر ظاهريًا” بدلاً من “غير مستقر”. نهاية العالم ليست وشيكة. إنه كمن يقف على قمة جبل عالٍ. هناك احتمال للسقوط في الوادي، ولكن سيتطلب ذلك كمية هائلة من الطاقة ومن غير المرجح حدوثه قريبًا.

لتتكون فقاعات في حقل هيجز، هناك حاجة إلى محفز ما. وفقًا لميكانيكا الكم، فإن طاقة حقل هيجز تتقلب باستمرار، لكنها إحصائيًا تُعد حدثًا نادرًا للغاية. إنه كظهور تموجات صغيرة أحيانًا على سطح بحيرة هادئة.

ومع ذلك، في وجود مصادر طاقة خارجية مثل الحقول الجاذبية القوية أو البلازما الساخنة، يمكن لحقل هيجز أن يستعير هذه الطاقة بسهولة أكبر لتكوين الفقاعات. هذا يشبه خلق تموجات كبيرة برمي حجر في بحيرة.

الاستقرار في الكون المبكر

قد يتساءل البعض ما إذا كانت الظروف المتطرفة بعد ولادة الكون جعلت تكوين فقاعات حقل هيجز أكثر احتمالاً. ومع ذلك، خلال الفترة التي كان فيها الكون شديد الحرارة، يُعتقد أن التأثيرات الحرارية غيّرت الخصائص الكمومية لحقل هيجز، مما جعله مستقراً.

هذا يشبه كيف يصبح المعدن الساخن أكثر نعومة وأكثر مقاومة للتشوه. ونتيجة لذلك، لم تُحرِّك هذه الحرارة نهاية الكون، ولهذا السبب ما زلنا موجودين اليوم.

تأثير الثقوب السوداء البدائية

أظهرت الأبحاث الحديثة أن “الثقوب السوداء البدائية”، التي قد تكون وُجدت في الكون المبكر، يمكن أن تسبب تكوين فقاعات حقل هيجز. الثقوب السوداء البدائية هي ثقوب سوداء خاصة يُعتقد أنها تشكلت من انهيار مناطق كثيفة جدًا من الزمكان بعد وقت قصير من ولادة الكون.

في السبعينيات، أوضح ستيفن هوكينغ أنه بسبب التأثيرات الكمومية، تتبخر الثقوب السوداء ببطء عن طريق إصدار إشعاعات. هذا مشابه لكيفية تبريد الأجسام الساخنة. بشكل خاص، الثقوب السوداء البدائية الخفيفة التي تقل كتلها عن بضع مئات المليارات من الجرامات يجب أن تكون قد تبخرت بحلول الآن.

يمكن أن تتصرف هذه الثقوب السوداء البدائية كالشوائب في المشروبات الغازية، ربما تُساعد في تكوين فقاعات حقل هيجز. تمامًا كما تعمل الشوائب في المشروبات الغازية كمواقع نواة للفقاعات، يمكن أن تصبح الثقوب السوداء البدائية “بذورًا” لفقاعات حقل هيجز.

عندما تتبخر الثقوب السوداء البدائية، فإنها تسخن الكون محليًا، مكوّنة بقع ساخنة تكون أكثر دفئًا من الكون المحيط. هذا مشابه لكيفية تبخر قطرات الماء بشكل قوي عند إسقاطها على مقلاة ساخنة.

أظهر الفريق البحثي باستخدام مزيج من الحسابات التحليلية والمحاكاة العددية أن وجود هذه البقع الساخنة يمكن أن يسبب بشكل محتمل تكوين فقاعات مستمر في حقل هيجز.

تشكيل الكون بدون (أعلى) ومع (أسفل) الثقوب السوداء البدائية. Esa, CC BY-NC-SA[/caption>

الخلاصة والآفاق المستقبلية

ومع ذلك، ما زلنا موجودين. هذا يوحي بأن احتمالية وجود الثقوب السوداء البدائية الخفيفة منخفضة جدًا. في الواقع، قد نحتاج إلى استبعاد العديد من السيناريوهات الكونية التي تتوقع وجودها.

ومع ذلك، إذا تم اكتشاف دليل على وجود الثقوب السوداء البدائية في الماضي من خلال الإشعاع القديم أو الموجات الجاذبية، فسيكون ذلك اكتشافًا أكثر إثارة. قد يُشير ذلك إلى وجود شيء ما لم نعرفه بعد عن حقل هيجز، ربما يشير إلى وجود جسيمات أو قوى جديدة. سيكون الأمر مثل اكتشاف قارة مجهولة.

في كلتا الحالتين، من الواضح أن هناك العديد من الاكتشافات التي تنتظرنا بخصوص الكون على أصغر وأكبر مقاييسه. سيكون البحث في جسيم هيجز مفتاحًا هامًا لفهم مصير الكون. إنه كفك شيفرة صفحة في الكتاب الضخم للكون. هناك توقع كبير لما سيحمله البحث المستقبلي.