هل سرعة جسيم النيوترينو تفوق سرعة الضوء؟

تكلمنا في مقال سابق عن جسيم النيوترينو هنا والذي هو جسيم أولي, معتدل كهربائياً, يمكن أن يتواجد وفق ثلاثة أنواع مختلفة, تم افتراض وجوده في البدء لتفسير فرق الطاقة في التفكك الاشعاعي "بيتا", حيث عند تفكك عنصر مشع إلى عنصر آخر يكون هناك خسارة في الطاقة, ومن مبدأ انحفاظ الطاقة تم افتراض وجود جسيم النيوترينو الذي يمثّل هذا الفرق في الطاقة. لكن خواص هذا الجسيم بقيت مثاراً للجدل العلمي, فمؤخرا أدعى الفيزيائي روبرت إيرلش Robert Ehrlich من جامعة جورج مايسون, في ورقة بحثية قبلت مؤخرا في مجلة Astroparticle Physics بأن النيوترينو قد يكون تاكيون tachyon , (التاكيون هو جسيم افتراضي أسرع من الضوء ). لقد كان هنالك الكثير من هذه الافتراضات سابقاً, آخرها كان في عام 2011

عندما قاست تجربة أوبرا OPERA سرعة جسيمات النيوترينو و افترضت أنها تتحرك بسرعة أكبر بقليل من سرعة الضوء, ولكن عندما قيست سرعتها مجدداً تبين حصول خطأ في التجارب.

يستند افتراض إيرلش إلى طريقة أكثر دقة من طريقة قياس السرعة, طريقته الجديدة تعتمد على قياس كتلة النيوترينو. وقد اعتمدت الفرضية على امتلاك التاكيون لكتلة تخيلية؛ أي أن مربع هذه الكتلة هو عدد سالب ( العدد التخيلي في الرياضيات هو الجذر التربيعي للعدد -1؛ أي أن مربع هذا العدد يساوي -1 ). تمتلك الكتلة التخيلية خاصة غريبة وهي ازدياد سرعتها بنقصان طاقتها.

وفقا لـ إيرليش فإن مقدار هذه الكتلة التخيلية تعادل ثلثي جزء من المليون من كتلة الإلكترون. وقد استخلص هذه النتيجة عبر ست مشاهدات مختلفة متعلقة بالأشعة الكونية, وعلم الكونيات, وفيزياء الجسيمات, وقد توصل من جميع هذه المشاهدات إلى النتيجة ذاتها ضمن هامش الخطأ المسموح. فعلى سبيل المثال, توصل إلى نتيجته عبر رصده لتغيرات طفيفة في أشعة الخلفية الكونية المتبقية من الإنفجار العظيم حيث أن معظم النيوترينوات الموجودة في الكون قد تشكلت فيما مضى من خلال الانفجار العظيم. كما اأنه توصل إليها أيضاً عبر دراسة طيف الأشعة الكونية.

بعض المشككين بفرضية التاكيون غالبا ما يحصل لديهم تضارب حول أنها تخالف النظرية النسبية, فإحدى الفرضيتين اللتين بنيت عليهما النظرية النسبية تنص على أن سرعة الضوء هي أقصى سرعة في الكون, ولا يمكن لجسيم ذو كتلة أن يبلغها, لأن ذلك سيتطلب تسريع هذا الجسيم بطاقة لانهائية في الكبر.

يعود افتراض وجود التاكيون إلى العام 1962 كمنفذ في النظرية النسبية, وذلك عبر ورقة نشرت لـ جورج سودرشان و زميليه بيلانيوك و ديشباند . اقترح الزملاء الثلاثة حينذاك بأنه إذا امتلكت الجسيمات لسرعة تفوق سرعة الضوء منذ لحظة تشكلها فلن تكون هنالك حاجة لتسريعها و بالتالي لا حاجة لطاقة لانهائية في الكبر, فقد وجدت هذه الجسيمات أساساً على هذه الحالة من الحركة بسرعة تفوق سرعة الضوء. وبعد مرور عدة عقود على أول اقتراح لوجود التاكيونات ( تحديدا في العام 1985 ), وبعد عدة أبحاث لم تثمر شيئاً في هذا المجال, اقترح ثلاثة نظريين هم كودوس و هاوسر و

كوستيلكي بأن التاكيونات تختبئ في مكان معروف لنا, وتحديدا في جسيمات النيوترينو, بمعنى أن النترينو هو تاكيون, وقد قادتهم هذه الفكرة لاقتراح أن على البروتونات أن تتفكك وفق تفكك بيتا عندما تتحرك بسرعة كبيرة باتجاهنا, إلا أن هذه الطريقة للتفكك غير مسموحة عادة لأنها تخالف مبدأ انحفاظ الطاقة, ولكنها تصبح ممكنة إذا اعتبرنا أن النيوترينو هو تايكون, على اعتبار امتلاكه لكتلة تخيلية وبالتالي لطاقة سالبة, ما يؤدي لافتراض أن التايكون يسافر عبر الزمن نحو الماضي. هذا الاقتراح هو تحديداً ما دفع إيرلش إلى دعم فرضية أن النيوترينو هو تايكون, وذلك في العام 1999 استناداً

إلى عدة دراسات للأشعة الكونية.

إضافة إلى ذلك, وعلى نقيض ما حصل في النتائج الخاطئة لتجربة أوبرا, فإن ادعاءات إيرلش لا يمكن رفضها بالمجمل لغياب بعض الاثباتات التجريبية, وعلينا أن ننتظر بعضاً من الوقت, فأول الطرق التي سنتمكن من خلالها من فحص تلك الادعاءات ستكون من خلال ما يعرف بتجربة KATRIN كاترين, والتي ستبدأ في عام 2015 ,في هذه التجربة قد تكتشف كتلة النيوترينو من خلال النظر في شكل طيف تفكك بيتا لعنصر التريتيوم –النظير الاثقل للهدروجين- , فحص آخر سوف يجري ويعتمد على الاشعة الكونية ذات الطاقة العالية, ويمكن إجراء هذا الاختبار اعتمادا على البيانات الموجودة حالياً.

لكن وقبل أن نبدأ بالتفكير بتصميم " هاتفاً تايكونيا ً " لإرسال الرسائل نحو الماضي, سيكون من الحكمة انتظار التحقق من فرضية إيرلش على أيد علماء آخرين.

المصدر:

هنا