أكدت تجربة في مصادم الهادرونات الكبير عدم قابلية الكواركات للتجزئة.

أجرى مصادم الهادرونات الكبير (LHC) دراسة متعمقة للكواركات بحثًا عن وحدات بناء محتملة فيها. نتائج يجري إعدادها للنشر في مجلة Physics Letters B.

وفقًا للأفكار الحديثة حول بنية الكون، فإن الكواركات هي جسيمات نقطية أساسية. إنها بمثابة “اللبنات الأساسية” للمادة التي لم تعد مقسمة إلى أي شيء. اختبر العلماء في تعاون CMS ذلك من خلال دراسة الكواركات وصولاً إلى مقياس 10⁻²⁰ متر.

وعلى هذا المقياس، لم يتم العثور على أي علامات للأجزاء المكونة. ومع ذلك، في تاريخ العلم هناك العديد من الأمثلة عندما كشف شيء كان يعتبر غير قابل للتجزئة عن أعماق بنيته الداخلية. اكتشفوا أولاً أن المادة تتكون من جزيئات، ثم أن الجزيئات مبنية من ذرات، وهذه بدورها تمثل نواة كثيفة محاطة بسحابة من الإلكترونات.

اكتشف رذرفورد نواة الذرة عن طريق توجيه شعاع من نوى الهيليوم نحو رقائق الذهب المستهدفة. وكانت هذه النوى متناثرة على ذرات الذهب بزوايا مختلفة، والتي قام عالم الفيزياء الشهير بقياسها. ومن خلال دراسة توزيع زوايا التشتت، تمكن من إثبات وجود نواة نقطية في مركز الذرة. أصبح هذا النجاح ممكنا لأن شعاع الهيليوم في تركيبته كان لديه طاقة كافية للنظر داخل الذرة.

وقد تبين لاحقًا أن النواة تتكون من بروتونات ونيوترونات، وهذه بدورها تتكون من الكواركات. التجارب التي أجريت في LHC، بما في ذلك تركيب نظام إدارة المحتوى (CMS)، تواصل هذا الخط من البحث. ومن خلال تصادم الجسيمات ذات الطاقات الهائلة، يحاول العلماء النظر داخل الكواركات ومعرفة ما إذا كانت لها بنية أم لا.

عندما تصطدم حزمتان من البروتونات في كاشف CMS، تتفككان إلى الكواركات المكونة لهما. تتشكل هذه الكواركات الهاربة Dijets – أزواج من نفاثات الهادرون. ومن خلال قياسها، يمكن حساب زاوية التشتت بين الكواركات. تتم مقارنة التوزيع الناتج لزوايا التشتت مع التوزيع المتوقع بناءً على حقيقة أن الكواركات غير قابلة للتجزئة. لم يكشف تحليل البيانات من الجولة الثانية من LHC، التي أجراها تعاون CMS، عن أي تناقضات كبيرة.

هذا يعني أنه إذا كان للكوارك مكونات، فهي أصغر بكثير من 10⁻²⁰ متر. وعلى الأرجح، لن يتم تقسيمها إلى أي شيء.

يأتي هذا التقدير من القيود المفروضة على مقياس الطاقة الذي يمكن أن تظهر عنده “الطبيعة المركبة” للكوارك. بالنسبة للنموذج المرجعي من ورقة CMS الحديثة، والذي يفترض أن الكواركات مركبة، فقد حددت النتائج الحد الأكثر صرامة حتى الآن – 37 تيرا إلكترون فولت.

كما هو الحال مع رذرفورد، الذي كان قادرًا على رؤية مكونات الذرة فقط لأن شعاع الجسيمات لديه طاقة كافية، فإن دراسة تصادمات الجسيمات عند الطاقات الأعلى يمكن أن تؤدي إلى اكتشافات غير متوقعة. الإطلاق الثالث لمعان عالي LHC (بعد الترقية) سيوفر بيانات قياس زاوية التشتت أكثر دقة.

وفي هذه الأثناء، بقي النموذج القياسي قائما ولم تعد هناك شروط مسبقة لظهور فيزياء جديدة.