على عمق حوالي 100 متر تحت سطح الأرض في المنطقة الواقعة بين فرنسا وسويسرا سوف تجرى تجارب حتى العلماء أنفسهم لا يعرفون كل نتائجها!! تجارب تؤدي إلى دراسة لكشف بعض من أسرار الكون وما أكثرها! في هذه التجارب تحدث محاكاة للانفجار العظيم الذي كان سبًبا لوجود الكون الذي نراه اليوم وذلك بإحداث انفجارات قوية مركزة ودراسة نتائج هذه الانفجارات. هذا المقال شرح موجز لما سيجري في المستقبل القريب. إنه مشروع مذهل تشترك فيه جميع الدول المتطورة علميًا وتكنولوجيًا من أوربا وأمريكا وآسيا، ومساهمتنا فيه ليست بالشيء الذي يذكر مع الأسف الشديد!! تقدر تكلفة المشروع بالبلايين من الدولارات وسوف يبدأ العمل في مايو من سنة 2008 وسيستغرق فترة سنة على الأقل للحصول على النتائج الأولية. هذا المشروع يتوقع أن يعمل فيه العلماء للسنوات العشرين المقبلة لدراسة المزيد من الأمور الدقيقة. (كان من المفترض أن تبدأ التجارب الأولى في 10 نوفمبر 2007 ولكن حدثت مشكلة بتاريخ 27 مارس 2007 في أحد المغناطيسات، مما أدى إلى الإعلان رسميًا عن تأجيل البدء في التجارب إلى شهر مايو من سنة 2008). إن الطموح البشري لا حد له، ويجب أن يكون كذلك، أليس هو خليفة الله في الأرض؟ فكيف يكون خليفة الله في الأرض ولا يعلم عن ما خلقه الخالق؟ إن الفضول الموجود عند الإنسان لمعرفة من هو؟ وأين هو؟ وما هي الحياة؟ وأسئلة لا تنتهي... هذا الفضول يدعوه للبحث عن إجابات عن أسئلته، التي لا تنتهي ولابد ألا تنتهي، لأنها إن انتهت، انتهى وجوده! وإذا ما رأى إنسان ما أن الفضول عنده قد مات ... فقد مات!

الإنسان والذرة

          نجح العالم الدانمركي بوهر في سنة 1913 في بناء نظرية متكاملة عن التركيب الذري، وفي سنة 1932 اكتملت الصورة باكتشاف الفيزيائي الإنجليزي جيمس شادويك للنيوترون.

          حسب النظرية الجديدة بعد اكتشاف شادويك، فإن نواة الذرة تتكون من البروتونات والنيوترونات، فهل البروتون والنيوترون جسيمان أساسيان؟ إن الدراسات الحديثة أثبتت أن كلا من البروتون والنيوترون يتركبان من جسيمات أصغر!! تسمى الكوارك وهذا الكوارك يأتي على ستة أنواع وكل نوع له مضاده!!

          الجسيمات الأولية: الجسيمات الأولية عبارة عن جسيمات لها كتل وشحنات مختلفة وصفات أخرى ويوجد منها المئات وحجمها - بطبيعة الحال - أصغر من حجم الذرة لأن بعضها يدخل في تركيب الذرة مثل الإلكترون والكوارك. إن العلماء ينظرون إلى الكون على أنه يتكون من هذه الجسيمات المتنوعة، والتي إن تركبت بعضها بطريقة معينة أنتجت لنا الذرات التي نعرفها!!. تاريخيًا فتح العالم رذرفورد الباب لاكتشاف الجسيمات الأولية بدءًا من سنة 1909 باستخدامه جسيمات ألفا وقذفها على صفيحة ذهب ما أدى إلى اكتشاف البروتون، وتوالت بعد ذلك الكشوفات للنيوترون والمادة المضادة والنيترينو والكوارك.

          هل توقفت معرفة تركيب المادة عند هذا الحد؟ الجواب لا. فقد كان عند الفيزيائيين إحساس أن شيئًا ما مفقودًا لم يصلوا إليه! لهذا لهم أمل كبير في الكشف عن أسرار كثيرة باستخدام المشروع الطموح جدا في معرفة مكونات المادة وأصل مادة الكون.

ما هي المسرعات؟

          المسرعات عبارة عن أجهزة عملاقة يمكنها تسريع الجسيمات قبل أن تتصادم بعضها بعضًا. لقد تم أول اختراع للمسرعات في سنة 1929 ونظرًا لنجاح التجارب الأولى لزم الأمر طاقة أعلى، وبذا بدأ التطور السريع في هذا الجهاز. إن عالم الجسيمات هو العالم الأصغر من الذرة، وللدخول في هذا العالم الصغير جدًا نحتاج إلى طاقة عالية وهذه الطاقة يمكن الحصول عليها من المسرعات. ولتقريب الصورة، خذ مثلا الميكروسكوب، فكلما كانت قوته التكبيرية أكبر، تمكنا من رؤية الأشياء الأصغر وعلى هذا يمكن معرفة المسرعات أنها ميكروسكوبات، ولكن بأسلوب آخر وتكبيرها بلايين المرات!! تقوم فكرة المسرع على إكساب جسيم ما (إلكترون أو بروتون) سرعة هائلة وحملها على التصادم مع جسيم آخر من النوع نفسه أو نوع مختلف بهدف تحطيمها لمعرفة مم تتكون. يمكن تشبيه ذلك بأننا أمام جسم مكون من الثلج ومختلف أنواع الحصى وكرات الحديد والنحاس على شكل كرة كبيرة، فلكي نتمكن من معرفة مكونات هذه الكرة نكسرها إلى أجزاء أصغر لأنه بعد تكسير الكرة الكبيرة تتميز الأجسام بعضها بعضا فبذلك نعرف أن الكرة الكبيرة تتكون من الثلج والحديد ...إلخ. وهذا هو السبب الذي يدعو العلماء إلى استخدام طاقة هائلة لتحطيم الجسيمات لعلهم يجدون مم تتكون! من هذا استنتج العلماء أنهم لكي يغوصوا في أعماق المادة لابد من بناء مسرعات ذات طاقة أكبر، وكلما ازدادت طاقة المسرع، اقتربنا من خلق الأجواء، التي كانت عند بدء خلق الكون حسب نظرية الانفجار العظيم.

          المسرّعات أنواع والذي يهمنا هنا المسرعات الدائرية التي تعتمد على المجال المغناطيسي لتسريع الجسيمات في دائرة، فالجسيمات تدور عددًا من المرات، وفي كل دورة تكبر طاقتها وعند حد معين يتم توجيهها ليتصادم بعضها بعضا ويدرس العلماء النتائج.

كيف تعمل المسرعات؟

          يتألف المسرع من تجويف مفرغ محاط بعدد متتالٍ من مضخات تفريغ ومغناطيس ومصدر لموجات راديوية وأجهزة جهد كهربي عالٍ ودوائر إلكترونية وفي جوف الأنابيب تتحرك الجسيمات بسرعة هائلة باستعمال المجال الكهربي والمجال المغناطيسي لجعل الجسيمات تنحني مع المسار الدائري. لتقريب فكرة عمل المسرّع تصور أنك ربطت كرة صغيرة بحبل وحاولت إدارة هذه الكرة في شكل دائرة ففي كل دورة تزداد سرعة الكرة المشدودة إلى الحبل، وكلما زودت عدد الدورات زادت سرعة الكرة، وتستطيع أن تفلت الكرة عند طاقة معينة. بالمبدأ نفسه تدور الجسيمات، وتدور في المسرّع إلى أن تصل إلى طاقة معينة وبعدها تقذف على الهدف المطلوب. وقد تم اختراع أول مسّرع في سنة 1929

مسّرع سيرن وتاريخه

          الاسم - سيرن CERN مأخوذ من الأحرف الأولى باللغة الفرنسية (ما معناه المجلس الأوربي للأبحاث النووية) European Council for Nuclear Research . تأسست سيرن CERN سنة 1954 بالتعاون بين دول أوربية في تلك السنة ويبلغ حاليًا عدد أعضاء الدول الأوربية المشتركة في سيرن 20 دولة. في بداية الثمانينيات من القرن العشرين صمم العلماء نفقًا لعمل مسّرع دائري ضخم لدراسة التصادم بين الإلكترون والبوزيترون (جسيم مضاد للإلكترون)، وتم بالفعل عمل هذا النفق ولسنوات تمت الدراسات، ولكن الجديد أن النفق نفسه سيستعمل لدراسة التصادم بين البروتونات.

          يتم تسريع البروتونات بأن يلف كل بروتون أكثر من 11000 مرة في الثانية الواحدة! في دائرة كبيرة يبلغ محيطها 27 كيلومترا وقطر الأنبوب الذي تتحرك فيه البروتونات يبلغ 6 سنتيمترات هذا الأنبوب موجود على عمق يتفاوت من 50 - 175 مترا!! بعد هذه الدائرة الكبيرة هناك دائرة صغيرة يتم فيه اصطدام الجسيمات المسرّعة. إن إجراء هذا التصادم العنيف ضروري لمعرفة المزيد عن الجسيمات الأولية، وذلك بتفتيت البروتونات ففي هذا الأنبوب تسير البروتونات بسرعة 90% من سرعة الضوء (270 ألف كيلومتر في الثانية) لتتم عملية التصادم بين البروتونات مثلما يحدث عند تصادم سيارتين تسيران في اتجاهين متعاكسين وبسرعة هائلة. سيحدث 800 مليون تصادم في الثانية الواحدة! ودراسة ما يحدث في هذه التصادمات هو مفتاح نجاح هذه التجربة. إن الجسيمات التي ستنتج في هذا المشروع لم يعرفها الإنسان في حياته لأنها وجدت فقط عند بداية خلق الكون!! وهذه هي المرة الأولى التي يتمكن الإنسان فيها من الوصول إلى هذه الجسيمات بهذه الطاقة العالية جدًا وهو ما يفيد لكشف أسرار بدء الخلق وما أكثرها!

كيف يتم التحكم في الجسيمات؟

          للتحكم في الأشعة سوف يتم استخدام 7000 مغناطيس فوق العادي! والهدف منها (المغناطيسات) تركيز حزمة الجسيمات للحصول على التصادم المطلوب داخل المسرع وسيتم تبريد هذه المغناطيسات إلى درجة - 271 درجة سيليزية والهدف من التبريد الحصول على التوصيل فوق العادي للتيار الكهربائي، أي توصيل الكهرباء من غير أي مقاومة بهدف الحصول على مجال مغناطيسي عالٍ جدًا. إن قوة المجال المغناطيسي العادي 2 من تيسلا (وحدة قوة المجال المغناطيسي) بينما عند التبريد 8 تيسلا وهذا يوفر طاقة كبيرة، لأنه لو تم استخدام المغناطيس العادي لاحتاجت التجربة إلى نفق يصل طول محيطه إلى 120 كيلومترًا بدلا من 27 كم الحالية!

          لتبريد المغناطيس المفروض توفر غاز الهيليوم للوصول إلى قرب الصفر المطلق، ويبلغ عدد المغناطيسات التي يتم تبريدها إلى درجة التوصيل الفائق بهدف توجيه الجسيمات في دائرة النفق أكثر من 1232 مغناطيسا! وهي من النوعية ثنائية القطب وهناك أعداد أخرى من المغناطيس مختلفة. لتحقيق هذا المطلوب يتم استخدام 96 طنا من الهيليوم سنويًا! إن عملية التبريد تتم على خطوتين: الأولى في التبريد إلى -193 درجة باستخدام النيتروجين السائل (أرخص من الهيليوم) وبعد ذلك استخدام الهيليوم للوصول إلى التبريد المطلوب. لإعطاء فكرة عن ضخامة الأجهزة المستخدمة فإن أحد المغناطيسات حجمه حجم منزل.

أجهزة معاونة

          عند نقطة التصادم يحتاج الباحث إلى أنواع من المجسات وهي أجهزة كبيرة الحجم تقوم بتسجيل الجسيمات الجديدة الناتجة من التصادم بالإضافة إلى الكمبيوترات الضخمة لإجراء الحسابات والتحليلات المعقدة، والتعامل مع الكم الهائل من البيانات ولإعادة تمثيل عملية التصادم. فالمجسات المستخدمة في المشروع عددها 4 مجسات وكل واحد من هذه المجسات تم إنتاجه من فريق عمل يختلف عن الآخر. وفي إحدى الصور المرفقة أحد المجسات، التي توجد على عمق 100 متر تقريبًا ونلاحظ ضخامة هذه المجسات والسبب أنه كلما كانت طاقة الجسيمات أعلى كان نفوذها أكثر، لذلك نحتاج إلى مجسات ضخمة. ولإعطاء فكرة عن حجم هذا المجس قارن حجم الشخص الواقف داخل أحد المجسات!

          سوف يعمل حوالي 6500 عالم من 80 دولة (حوالي نصف المتخصصين في العالم!!) في هذا المسرّع العملاق ويقول العلماء إن سيرن CERN تعتبر أفضل أمل لفحص النظريات لفيزياء جديدة تؤدي لمعرفة أصل الكون وكيف يعمل الكون، بل يقول بعضهم إنه الأمل الوحيد في ذلك. سيبدأ العمل في ربيع 2008 وسيبلغ عدد التصادمات بين البروتونات تريليونات من التصادمات وستنتج بيانات DATA حوالي 15 بيتا بايت، ولتقريب حجم هذه البيانات يقدرونها بما يوازي 7 أضعاف كل المعلومات المتوافرة في كل مكتبات الجامعات الأمريكية! أو تقريب آخر ما يساوي ارتفاع 20 كيلومترًا من السي دي، التي يخزن بها البيانات! هذا الكم الهائل من البيانات يحتاج إلى كمبيوتر قدرته تكافئ قدرة 70000 كمبيوتر من أسرع الكمبيوترات الشخصية المتوافرة حاليا!! ولذلك تم ترتيب خاص لهذا الهدف لا مكان للتفصيل فيه هنا.

الانفجار العظيم داخل المختبر

          هل يستطيع الإنسان خلق الأجواء، التي كان عليها الكون منذ الثواني الأولى لبدء الخلق؟ للإجابة عن هذا السؤال لابد من أخذ فكرة عن نظرية الانفجار العظيم.

          وفق نظرية الانفجار العظيم بعد الانفجار بزمن صغير جدًا يقدر بجزء من تريليون من الثانية! تكونت الجسيمات الأولية وهذه الجسيمات لا يمكن الحصول عليها إلا باستخدام طاقة هائلة بهدف تحقيق ظروف الانفجار العظيم ومن ثم دراسة الجسيمات الأولية وهذا ما يوفره مسرّع سيرن. لهذا السبب يمكن دراسة الانفجار العظيم من هذا التصادم على أساس أنه نموذج مصغر للانفجار العظيم الذي أدى إلى هذا الكون الواسع. قد يُطرح سؤال: ما الهدف من هذا المشروع مع كل هذه المبالغ المبذولة؟ أليس صرفها في مجال آخر أجدى للإنسانية؟ هنا تختلف الإجابة من شخص إلى آخر فقد يرى البعض أن إشباع فضول الإنسان بحد ذاته غاية ومثل هذه التجارب تؤدي إلى معرفتنا بطريقة تكوين النجوم والكواكب والجبال و... ونحن! لأننا جزء من هذا الخلق. بينما يرى آخرون أنه ضياع للمال من غير مردود مفيد. هذا الجدل ليس مقصورًا على عصرنا، ففي نهاية القرن التاسع عشر عندما تم اكتشاف أحد الجسيمات الأساسية (الإلكترون) تساءل الناس: وما الفائدة من معرفة هذا الجسيم؟ لكن بعد مضي قرن من اكتشاف هذا الجسيم نجد أنفسنا في حاجة قوية إليه، ولا يمكننا أن نعيش من غير استخدام ما يتعلق بالإلكترونات من أجهزة، فهي التي تنقل لنا التيار الكهربائي وتنقل مكالماتنا وغيرها من التطبيقات وينطلق الذين يؤيدون مثل هذه المشاريع بالسؤال التالي: من يعلم ماذا يخبئ للإنسان من تطبيقات على الاكتشافات التي ستنتج من تجربة سيرن CERN بعد 50 أو 100 سنة؟! وماذا عن استخدام الأشعة السينية في الطب؟ هل الذي اكتشف هذه الأشعة كان يعلم مدى فائدتها للإنسان؟ وغيرها الكثير. وأخيرًا هل البحث يجب أن يكون تطبيقيًا محضًا أي بحثًا عن حل لمشكلة محددة أم البحث يجب أن يكون كذلك عن معلومات جديدة؟ يقول أحد العلماء: أنا أعتقد أن البحث عن معلومات جديدة، التي تشبع الفضول هي على القدر نفسه من الأهمية للبحث في حل مشكلة محددة تواجه الإنسان. يضرب مثلاً على ذلك بقوله: إن الأسباب التي تجعلنا نملك الكمبيوتر هذه الأيام ليس بسبب أننا فجأة وجدنا أنفسنا نحتاج إلى الكمبيوتر فاخترعنا الكمبيوتر، ولكن يرجع السبب إلى أننا كنا نبحث في تطوير الرياضيات لحساب الجسيمات الناتجة في التفاعلات النووية في الثلاثينيات من القرن الماضي. ونتيجة لهذه الحاجة تطورت أجهزة الكمبيوتر وكنتيجة ثانوية لتلك الأبحاث حصلنا على هذا التطور الهائل في صناعة الكمبيوتر! وتطور الكمبيوتر بدوره فتح علينا أبوابا في التطور التكنولوجي، وهكذا وفي النهاية يستفيد الإنسان. لقد ساهمت سيرن CERN في كثير من الاكتشافات، وهناك جسيم Higgs أمكن التكهن به نظريًا، ولكنه لايزال طريد العلماء التجريبيين لاكتشافه وهذا الجسيم سمي باسم الفيزيائي النظري الإنجليزي Peter Higgs، الذي اقترح وجوده.

          إن جسيم هيجز Higgs (وفق النظرية) هو الذي يعطي سبب وجود الكتلة للجسيمات الأساسية وبالنتيجة كل أجسام الكون! ولذا له هذه الأهمية مما جعل الفيزيائيين في تسابق مع الزمن للكشف عنه وينتظر العلماء بفارغ الصبر للبدء في المشروع فهناك من له ثقة بوجود الجسيم هيجز Higgs إلى درجة أنه يريد الاستباق في تسجيل الاكتشاف باسمه! وهناك من يشك في وجود هذا الجسيم! إذن نحن أمام تحديات كثيرة مع بدء هذا المشروع من تفسير للكتلة إلى فك أسرار خلق الكون. إنها مغامرة لو نجحت لفتحت آفاقا كبيرة أمام العلماء، ولكن لو استعصت المادة ورفضت إعطاء أسرارها فمن يدري؟! إنني من المتفائلين بتحقيق نتائج مذهلة لأن الخالق أخبرنا بأنه سبحانه {علم الإنسان ما لم يعلم}، فمن هذا أفهم أن الله يريدنا أن نعرف أسرار خلقه، وطالما يسعى الإنسان سعيًا جادًا صادقًا، فإنه حتمًا سيصل. يشبه أحد العلماء مشروع سيرن بأنه يمثل منجزات هذه الحضارة وشبهها بالأهرام بالنسبة للحضارات القديمة!! ويتساءل: هل يمكن الافتراض أنه بعد مرور آلاف السنين تأتي حضارة أخرى لتكتشف هذا النفق وتقول: كم كانوا مبدعين في حضارتهم؟!.
-------------------
* * كل الصور في المقال مأخوذة عن طريق الانترنت بتصريح من nrec