هل تعلم ؟ : ما هو أسرع شيء على وجه الأرض؟

تعد كتلة النيوترينو أصغر بعشرة مليارات مرة من كتلة البروتون، لذلك يمكن للنيوترينوات أن تنتقل بسرعة كبيرة إذا أعطيت طاقة كافية. فكوكبنا مليء بالأشياء عالية السرعة. لكن السؤال ما هو أسرع شيء على وجه الأرض؟

وتعتمد الإجابة على كيفية تعريف «الشيء» و«على الأرض»؛ إذ لا يمكن رؤية المرشحين الرئيسيين (النيوترينوات والفوتونات) بالعين المجردة. ولذا يبدو أن الإجابة الأكثر وضوحًا هي الضوء.

وفي الفراغ، يسافر الضوء حوالى 186000 ميل في الثانية (300000 كيلومتر في الثانية). ولا شيء في الكون نعرفه يمكن أن يتجاوز هذه السرعة. ولكن هل الضوء شيء؟ فالفيزيائيون لا يتفقون بشكل كامل على هذا التعريف. والبعض منهم يقول لا، لأن الضوء لا كتلة له. فيما يقول آخرون نعم، نظرًا لمراوغات ميكانيكا الكم، فإن الضوء عبارة عن موجة وجسيم في نفس الوقت.

وفي المجمل يتفق معظم علماء الفيزياء على أن الجسيمات هي أشياء. وفي فراغ الفضاء، تعتبر تلك الجسيمات، التي تسمى الفوتونات، أسرع الأشياء، وفقا لجون ماثيوز عالم الفيزياء بجامعة يوتا وهو جزء من فريق اكتشف عدة جسيمات سريعة جدًا تنشأ من الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية جدًا (وهي وابل من الجسيمات دون الذرية التي تمطر على الأرض من الفضاء)، الذي يقول «على الأرض، يصبح الأمر أكثر تعقيدًا، إلا إذا كنت في غرفة مفرغة. وبمجرد أن يضرب الفوتون الغلاف الجوي للأرض، فإنه يتباطأ قليلاً. ومن ثم، في ظل الظروف المناسبة، يمكن أن تكون له بعض المنافسة. وذلك لأن الغلاف الجوي لا يبطئ جميع الجسيمات مثل الفوتونات». مضيفا انه «اكتشف هو وزملاؤه إحدى هذه الجسيمات، والتي أطلق عليها اسم (جسيم يا إلهي) عام 1991، من الأشعة الكونية ذات الطاقة الأعلى التي لم يتم رصدها بعد. حيث تبدأ مثل هذه الجسيمات بالتحرك بسرعة قريبة جدًا من سرعة الضوء في الفراغ. ولكن عندما تصطدم بالغلاف الجوي للأرض فبطبيعتها تستمر في التقدم للأمام». وذلك وفق ما نقل عنه موقع «لايف ساينس» العلمي.

ويتابع ماثيوز «من أجل ذلك إنها تتجاوز سرعة الضوء في الغلاف الجوي؛ وهذا يجعل (جسيمات يا إلهي) من بين أسرع الأشياء ذات الكتلة على الأرض، لكنها ليست في القمة».

غير أن جوستين فاندنبروك عالم فيزياء الجسيمات بجامعة ويسكونسن ماديسون له رأي آخر؛ إذ يقول «بدلاً من ذلك، حصل النيوترينو على تلك الجائزة. فمن المحتمل أن يكون (جسيم يا إلهي) بروتونًا، أو على الأقل شبيهًا بالبروتون، وهو ضخم إلى حدٍ ما على مقياس الجسيمات دون الذرية.

إذ ان كتلة النيوترينو أصغر بـ 10 مليارات مرة على الأقل من كتلة البروتون، وبفضل القوانين الأساسية للفيزياء، يمكنه السفر بشكل أسرع إذا أُعطي نفس القدر من الطاقة. وفي حين يمكن للنيوترينوات، من الناحية النظرية، أن تتحرك بسرعة كبيرة. إلّا انه من الصعب جدًا تحديدها عمليًا».

وعليه، وفق فاندنبروك فالنيوترينوات خجولة بشكل كبير؛. ففي تجربة طويلة الأمد في القطب الجنوبي - أُطلق عليها اسم (آيس كيوب) - وضع الفيزيائيون أجهزة كشف داخل قطعة من الجليد تبلغ مساحتها 0.2 ميل مكعب (1 كيلومتر مكعب)، على أمل العثور على نيوترينوات عالية الطاقة.

وداخل الجليد، يمكن للنيوترينو الذي يتمتع بطاقة كافية أن يسافر بسرعة أكبر من سرعة الضوء. وعندما يصطدم هذا النيوترينو عالي الطاقة بنواة ذرة في الجليد، فإنه يمكن أن ينتج جسيمات دون ذرية مشحونة تتحرك أيضًا بسرعة أكبر من الضوء.

وتبعث هذه الجسيمات السريعة وميضًا من الضوء يُعرف باسم (إشعاع شيرينكوف)، ما يجعل النيوترينو قابلاً للاكتشاف بشكل غير مباشر.

جدير بالذكر، في عام 2016، اكتشف علماء (آيس كيوب) النيوترينو الأعلى طاقة والذي تم تقييمه بعناية حتى الآن.

من جانبه، يعلق بيل لويس عالم الفيزياء بمختبر لوس ألاموس الوطني على هذا الأمر قائلا «على حد علمنا، هذه هي أسرع الجسيمات التي تم رصدها على الإطلاق. إذ لا يمكن لأي جسيم له كتلة أن يصل إلى سرعة الضوء في الفراغ، ولكن إذا كان خفيفًا جدًا ويمتلك الكثير من الطاقة، فيمكنه أن يقترب كثيرًا».

أما عن مدى قربه؟ فللحفاظ على السرعات مستقيمة، يحب فاندنبروك التفكير من حيث الـ 9؛ أي شيء يتحرك بسرعة 99.99% من سرعة الضوء سيكون له أربع 9 ثواني. مبينا «ان النيوترينو فائق السرعة الذي تم اكتشافه عام 2016 سيحتوي على 33 9 ثانية. وسيكون لجسيم يا إلهي ما بين 20 و24 9 ثانية، وفقًا لحساباته. إذ كان لهذا الجسيم طاقة أكبر، لكنه كان أيضًا أضخم بكثير».

وللمقارنة، فإن أسرع السرعات التي تصل إليها الجسيمات في مسرعات الجسيمات التي صنعها الإنسان مثل مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN سيكون لها سبع 9 ثوان فقط.

وفي الوقت نفسه، أكد فاندنبروك أن هذه الجسيمات فائقة السرعة المسجلة «يتم إنتاجها بواسطة مسرعات الجسيمات الموجودة بشكل طبيعي في الكون. نحن لا نعرف كيف تعمل، لكنها تخبرك حقًا بمدى روعة الطبيعة مقارنة بالبشر».