لقد كان العلماء مخطئين بشأن هذا الجسيم الغريب “المخالف للقواعد”.

ربما تم إغلاق صدع كان مشتبهًا به منذ فترة طويلة في فيزياء الجسيمات، لكن البحث عما يكمن خلفه لا يزال مستمرًا.

ربما تم للتو حل لغز طويل الأمد في فيزياء الجسيمات، ولكن ليس بالطريقة التي كان يأملها العديد من العلماء. لسنوات عديدة، بدا أن الجسيم الرئيسي يتحدى قواعد الفيزياء المعروفة، مما يشير إلى أن الكون قد يخفي قوى غير معروفة أو جسيمات جديدة غريبة. الآن، يشير بحث جديد إلى أن الخرق الظاهري للقواعد كان مجرد وهم، ناجم عن الصعوبة الشديدة في الحسابات وليس بسبب الفيزياء الجديدة.

لأكثر من 50 عامًا، لم تتوافق قياسات الخاصية الرئيسية للميون، وهو قريب أثقل وقصير العمر للإلكترون، مع التوقعات النظرية. وقد غذت هذه الفجوة التكهنات بأن الفيزياء غير المكتشفة يمكن أن تؤثر على النتائج.

وفي دراسة نشرت في طبيعة، أبلغ الباحثون عن واحدة من أكثر الحسابات دقة على الإطلاق في هذا المجال. وتظهر نتائجهم أن النموذج القياسي، الذي يصف المكونات الأساسية للمادة، لا يزال دقيقا.

قال زولتان فودور، أستاذ الفيزياء المتميز في جامعة كاليفورنيا: “كانت هناك العديد من الحسابات في السنوات الستين الماضية أو نحو ذلك، ومع ازدياد دقة هذه الحسابات، أشارت جميعها إلى وجود تناقض وتفاعل جديد من شأنه أن يقلب قوانين الفيزياء المعروفة رأساً على عقب”. ولاية بنسلفانيا والمؤلف الرئيسي للدراسة. “لقد طبقنا طريقة جديدة لحساب كمية التناقض هذه، وأظهرنا أنها غير موجودة. هذا التفاعل الجديد الذي كنا نأمله ببساطة ليس موجودا. يمكن للتفاعلات القديمة أن تفسر القيمة بالكامل.”

الدقة وخيبة الأمل والتأكيد

استغرق العمل أكثر من عقد من الزمن حتى يكتمل ويتوافق مع التوقعات النظرية والقياسات التجريبية ضمن نصف الانحراف المعياري. ووفقا لفودور، كان من الصعب تحقيق هذا المستوى من الدقة حتى قبل عشر سنوات. تعزز النتائج الثقة في النموذج القياسي إلى 11 منزلة عشرية وتقلل بشكل كبير من النطاق الذي يمكن العثور فيه على فيزياء جديدة.

وقال فودور: “يسألني الناس عن شعوري بعد هذا الاكتشاف، وبصراحة، أشعر بالحزن إلى حد ما”. “عندما بدأنا في حساب هذه الكمية، اعتقدنا أننا سنحصل على حساب جيد وجدير بالثقة لقوة خامسة جديدة. وبدلاً من ذلك، وجدنا أنه لا توجد قوة خامسة. لقد وجدنا دليلاً دقيقًا للغاية ليس فقط على النموذج القياسي، ولكن أيضًا على نظرية المجال الكمي، وهو الأساس الذي بني عليه النموذج القياسي.”

في قلب هذا العمل توجد “اللحظة المغناطيسية” للميون، والتي تصف مدى قوة عمله كمغناطيس صغير. تتنبأ نظرية الكم بقيمة اثنين بالضبط، مما يعكس العلاقة بين حركة الجسيم والمجال المغناطيسي الذي يتعرض له. ومع ذلك، فقد كشفت التجارب منذ فترة طويلة عن اختلافات طفيفة.

تنشأ هذه الاختلافات بسبب ظهور جسيمات أخرى ثم اختفائها لفترة وجيزة، مما يؤثر بشكل طفيف على سلوك الميون. يُعرف هذا التحول الصغير باللحظة المغناطيسية الشاذة، أو g−2.

ولأن الميونات أثقل بحوالي 200 مرة من الإلكترونات، فهي حساسة بشكل خاص لهذه التأثيرات. هذه الحساسية جعلت من الميون g−2 واحدًا من أكثر القياسات التي تمت دراستها عن كثب في الفيزياء.

التجارب في سيرن في الستينيات والسبعينيات، وفي مختبر بروكهافن الوطني في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ومؤخرًا في مختبر فيرمي الوطني للمسرعات، قاموا بقياس العزم المغناطيسي للميون بدقة استثنائية. وقد تم الاعتراف بهذه الجهود مع جائزة الاختراق في الفيزياء الأساسية. ولسنوات عديدة، بدت نتائجهم متعارضة مع التوقعات النظرية، مما يشير إلى احتمال وجود فيزياء غير معروفة.

تحدي القوة القوية

تتمثل العقبة الرئيسية في حساب سلوك الميون في القوة القوية، وهي أقوى القوى الأساسية الأربع، إلى جانب الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة. فهو يربط الكواركات معًا لتكوين البروتونات والنيوترونات والجسيمات الأخرى.

تتصرف القوة القوية بطريقة معقدة. وعلى عكس القوى الأخرى، فإنها تزداد قوة مع تحرك الجزيئات بعيدًا، على غرار الشريط المطاطي المشدود. وتتطلب محاولة فصله قدرًا كبيرًا من الطاقة بحيث يتم إنشاء جزيئات جديدة، والتي تؤثر بعد ذلك على النظام بشكل أكبر. وهذا يجعل الحسابات الدقيقة صعبة للغاية.

ولمعالجة هذه المشكلة، استخدم الفريق الديناميكا اللونية الكمومية الشبكية، وهي طريقة تحاكي القوة القوية على أجهزة الكمبيوتر القوية عن طريق تقسيم المكان والزمان إلى شبكة دقيقة.

وقال فودور: “كانت المنهجية القديمة تتضمن جمع الآلاف من النتائج التجريبية وإعادة تفسيرها للحصول على الرقم الوحيد، وهو العزم المغناطيسي للميون”. “كان نهجنا مختلفًا تمامًا. لقد قسمنا الزمكان إلى خلايا صغيرة جدًا، وشبكة، ثم قمنا بحل معادلات النموذج القياسي على ذلك. كان هناك قدر هائل من النظريات والرياضيات والبرمجة والمعرفة الحسابية وهندسة الكمبيوتر وراء هذه الحسابات.”

على مدى العقد الماضي، تحسنت التطورات في أساليب شعرية دقة، ولكن الوصول إلى الدقة المطلوبة لميون g−2 ظل أمرًا صعبًا. وقد عالج الباحثون هذه المشكلة من خلال الجمع بين حسابات الشبكة على مسافات قصيرة ومتوسطة مع بيانات تجريبية موثوقة للغاية على مسافات أطول، حيث تتفق القياسات بالفعل بشكل جيد.

أدت هذه الإستراتيجية المجمعة إلى تقليل حالات عدم اليقين بشكل أكثر فعالية من أي من الطريقتين وحدهما.

سد الفجوة بين النظرية والتجربة

استخدم الفريق أيضًا شبكات حسابية أكثر دقة مما استخدمته في الدراسات السابقة، مما أدى إلى تقليل الأخطاء إلى الحد الأدنى. والنتيجة هي الحساب الأكثر دقة حتى الآن للحظة المغناطيسية للميون. عند دمجها في التنبؤ الكامل للنموذج القياسي، يختفي الفرق القديم بين النظرية والتجربة بشكل أساسي.

وقال فودور: “يجمع التنبؤ بين القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة والقوية، والتي تتطلب كل منها أدوات نظرية مختلفة إلى حد كبير، في حساب واحد دقيق لأجزاء من المليار”. “إنه يظهر أننا نفهم حقًا كيف تعمل الطبيعة على مستوى عميق بشكل لا يصدق.”

في حين أن النتائج لا تستبعد وجود فيزياء جديدة، إلا أنها تضيق بشكل كبير واحدة من أكثر المسارات الواعدة لاكتشافها. قد توفر التجارب المستقبلية رؤية إضافية، لكن الأدلة الحالية تدعم بقوة النموذج القياسي.

قال فودور: “لم نحصل على القوة الخامسة، لكننا حصلنا على دليل جيد جدًا وربما أفضل دليل على نظرية الكم، وهي النظرية الأساسية لفهمنا للمسائل الأكثر جوهرية في الطبيعة”.

المرجع: “الحساب الهجين لاستقطاب الفراغ الهادروني في الميون g – 2 إلى 0.48٪” بقلم A. Boccaletti، Sz. بورساني، أ. كوتيلوتشي، م. دافيير، ز. فودور، ف. فريش، أ. جيراردين، د. جوستي، أ. يو. كوتوف، إل. ليلوش، ث. ليبرت، أ. لوبو، ب. ماليسكو، إس. موتزل، أ. بورتيلي، أ. ريش، إم. سجو، إف. ستوكس، كيه كيه زابو، بي سي توث، جي وانج وتشانغ، 22 أبريل 2026، 22 أبريل 2026. طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-026-10449-z

دعمت وزارة الطاقة الأمريكية ومجلس الأبحاث الأوروبي جوانب ولاية بنسلفانيا في هذا العمل.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.