إن تقدم ميكانيك الكم جعلنا نتبين أن التفاعلات هي مما لا يمكن التنبؤ بها بدقة كاملة وإنما هناك درجة من عدم التحديد، مما جعل أهل الاختصاص يعيدون صياغة تحديد أهدافهم البحثية التي تتجه إلى محاولة الوصول إلى نظرية موحدة بدلا من وجود عدد كبير من النظريات التي تعالج جسيمات يتم تنقيحها وتعديلها ولكن لا تصل إلى حد كاف يصف لنا الكون وحتى – بالوصول إلى نظرية موحدة كاملة فهذا لا يعني أنه سوف يمكن التنبؤ بالأحداث عامة نظرا لمبدأ عدم التحديد وكذلك بسبب عدم استطاعة حل المعادلات النظرية بطريقة مضبوطة إلا في المواقف البسيطة جدا، والوضع حولنا ليس بالبساطة التي يمكن صياغتها بطريقة بسيطة ولكن نستطيع القول أننا سنستعرض بعض المحاولات التي تجعلنا نفهم فهما قريبا من الكمال الذي ينسجم مع الحقيقة.

لنبدأ من منتصف القرن التاسع عشر بمحاولة ماكسويل لتوحيد القوى الكهربائية مع الأخرى المغناطيسية لتصبح قوة كهرومغناطيسية، ثم نأخذ نقلة قرن من الزمان لنلقي نظرة أيضا على توحيد القوة النووية الضعيفة مع القوة الكهرومغناطيسية لتسمى بالقوة الكهروضعيفة بواسطة العالمين عبد السلام وواينبرج عرفت أيضا بنظرية واينبرج – سلام، التي بينت خاصية تعرف بكسر التماثل تلقائيا والتي وضحت كيفية وجود نفس النوع الواحد من الجسيمات في حالات مختلفة بدلا مما كان يبدو أنه عدد من الجسيمات المختلفة (ذلك عند الطاقات المختلفة، أما في الطاقات العالية فان هذه الجسيمات تتصرف بطريقة متماثلة، فمن المعروف في هذه النظرية بالنسبة للجسيمات الثلاث الجديدة Z⁰, W^–, W⁺ هي والفوتونات كلها تتصرف بطريقة متماثلة عند الطاقات الأكبر من GeV 100 أما في الطاقات المنخفضة فان هذا التماثل بين الجسيمات يكون غير موجود وستكتسب Z⁰, W^–, W⁺ كتلا كبيرة مما يجعل القوى التي تحملها ذات مدى قصير.

المحاولة الثانية كانت توحيد القوة النووية مع القوة الكهروضعيفة لتسمى القوة الموحدة العظمى (Grand Unified Theory (GUT، والطاقة العالية التي تجعل القوى الثلاث لها نفس الشدة تكون كبيرة جدا وتسمى طاقة التوحيد العظمى، وهي أكبر من 10¹⁵GeV والتي ليست متاحة حاليا في معجلات الجسيمات، وفي ضوء المعرفة للتركيب الكواركي للبروتون الذي يتألف من ثلاث كواركات وأنه عند طاقة التوحيد العظمى لا يوجد فرق جوهري بين الكوارك وضديد الإلكترون، وان هذه الكواركات الثلاثة داخل البروتون ليس بها طاقة كافية لتتغير إلى مضاد الإلكترون – أما أذا حدث ذلك مصادفة باعتبار مبدأ عدم التحديد الذي يجعل من طاقة الكواركات داخل البروتون غير ثابتة وبالتالي سوف يتحلل إلى البروتون بالرغم من ضآلة هذا الاحتمال الذي يكون فيه طبقا لتوقع أبسط نظريات GUT هو ³⁰(1/10)، فإذا سألنا أنفسنا ما الهدف من الاهتمام بهذا التحلل للبروتون؟ ربما تكون الإجابة في تفسير الوجود الكوني من العملية العكسية لهذا التحلل التلقائي لتتكون البروتونات بعد الكواركات التي هي أصل المادة الكونية في هذا التصور.

وفي تطور أخر، فأنه توجد عدة طرق تشكل هذه النظرية الموحدة العظمىGUT  والتي تتنبأ بكل من الديناميكا اللونية الكمية QCD والنظرية الكهروضعيفة الموحدة عند الطاقات التي تم الوصول إليها، وقد ساهم جورجي وجلاشو عام 1974 في ضم الكواركات واللبتونات في عائلات مشتركة، فعلى سبيل المثال توجد ثلاث حالات لونية للكوارك السفلي (d) في النموذج المعياري (القياسي) standard model)) يمكن أن تتحول إلى بعضها البعض عن طريق انبعاث الجليون لكل حالة لونية من الكواركات الثلاث (d_r, d_g, d_b) كما في الشكل (10–3).

الشكل (10–3)

بينما يمكن تحول البوزون والنيوترينيو (e⁺, v^–) إلى بعضهما البعض عن طريق انبعاث البوزونات كما في الشكل (11–3).

الشكل (11–3)

إضافة إلى أنه يمكن تحول الكواركات واللبتونات إلى بعضهما البعض كما في الشكل (12–3).

الشكل (12–3)

حيث يحتويان على انبعاث بوزونین قياسيين X, Y يحملان شحنتين –1/3، –3/4 على الترتيب في حين تكون الكتلة الموحدة M_x في حدود (M_x = (10¹⁵ GeV/c² (Unification mass M_x) وعند هذه الكتلة الموحدة فأن جميع العمليات الممثلة بالأشكال السابقة تكون مميزة بثبات تمييزي يسمى ثابت الازدواج الأعظم (grand unified coupling constant). g_u قيمتنه المناظرة لثابت التركيب الدقيق تأتي من:

وقبل أن ننتقل إلى أحدث محاولات توحيد القوى الموجودة في الطبيعة نستعرض بعض ما قاله ستيفن هوكينج في النظرية الرياضية التي تعتبر أن أي نظرية تتبع لميكانيك الكم وللنظرية النسبية يجب أن تخضع للتماثل CPT والتي تعني أن الكون يسلك سلوكا متماثلا أذا استبدلت الجسيمات بضديداتها (أي أذا استخدم العامل c وهو يمثل الضديد الشحني أو تصريف الشحنة charge conjugation) وتم أخذ صورة المرآة (باستخدام المؤثر P وهو يمثل التناظر parity) وهنا يعني أن صورة جسيم يبرم في اتجاه هي جسيم يبرم في الاتجاه الأخر) وتم أيضا عكس اتجاه الزمن (باستخدام المؤثر T وهو Time reversal invariant)) ويعني عكس اتجاه الحركة للجسيمات فيعود إلى وضعه الأصلي في الأزمنة السابقة.) هذا علما بأن البداية الكونية لا تخضع لتماثل هذا العامل الزمني T، حيث أذا أمتد الزمن للأمام فأن الكون سيتمدد وإذا أمتد الزمن للوراء فسوف يتقلص الكون، وبما أن هناك قوى لا تخضع لتماثل T إذا فالكون يتمدد، وأن هذه القوى يمكن أن تسبب تحول ضديدات الالكترونات إلى كواركات أكثر من تحول الالكترونات إلى ضديدات الكواركات، وحيث أن الكون يتمدد ويبرد فأن ضديدات الكواركات تفنى مع الكواركات التي تقابلها وسيبقى الفائض القليل من الكواركات وهذه هي التي تؤلف المادة التي نراها الآن، وهكذا فأن الوجود الكوني الذي نحن عليه يمكن النظر إليه كإثبات للنظريات الموحدة العظمى أثباتا كيفيا فقط.

مواضيع ذات صلة

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays

طيف الطاقة للأشعة الكونية الأولية

الأشعة الكونية الأولية primary cosmic ray

اكتشاف الأشعة الكونية