قال المستقبلي آرثر سي. كلارك بشكل مشهور إن “أي تكنولوجيا متقدمة بما فيه الكفاية لا يمكن تمييزها عن السحر.” حسنًا، أظهر فريق من الفيزيائيين أن طريقة إنتاج الجسيمات الشائعة في مصادم الهادرونات الكبير تنتج فعلاً ذلك.
لقد قدم مصادم الهادرونات الكبير اكتشافات مثيرة في فيزياء الجسيمات بشكل موثوق لأكثر من عقد من الزمان. وأشهر إسهام له في العلوم هو ملاحظة بوزون هيغز في عام 2012، لكن مسرّع الجسيمات العملاق هو جزء أساسي من بنية فيزياء الجسيمات، حيث تُستجوب الأفكار الجديدة حول أجزاء المادة الدقيقة والقوانين الأساسية التي تحكم كوننا بدقة.
قام الفريق – الإخوة وايت، الفيزيائيان التوأم في جامعة كوين ماري بلندن وجامعة أديلايد في أستراليا – بنشر ورقة هذا الأسبوع في Physical Review D تستكشف تجلّي خاصية تُعرف حرفيًا بالسحر، في التصادمات في مصادم الهادرونات الكبير.
قال كريس وايت في بيان صحفي من جامعة كوين ماري بلندن: “تستكشف دراستنا مفهوم ‘السحر’ في الكواركات العليا، والذي يقيس في الأساس مدى ملاءمة الجسيمات لبناء حواسيب كمومية قوية.” الكواركات العليا هي واحدة من ستة أنواع – أو نكهات – من الكواركات، وأثقل جسيم في النموذج القياسي.
السحر هو قياس مدى صعوبة محاكاة حالة كمومية بواسطة كمبيوتر كلاسيكي. الفكرة هي أنه مع المشاكل المعقدة بشكل خاص، يكون للكمبيوترات الكلاسيكية فائدة قليلة. في إشارة إلى كلارك، العلم الذي يعمل هنا هو في الأساس سحر بالنسبة للكمبيوترات الكلاسيكية – على الرغم من أنه يجب أن ألاحظ أن استخدام مصطلح “السحر” في الفيزياء الصعبة يعود إلى ج.إ. كلاودر في عام 1972.
في دراستهم، درس الإخوة سلوك الكواركات العليا واحتمالية إنتاج مصادم الهادرونات الكبير لكواركات عليا سحرية، كما تم تعريفها من خلال سرعة الجسيمات واتجاهها. يمكن لأجهزة الكشف في تجارب ATLAS وCompact Muon Solenoid في مصادم الهادرونات الكبير قياس هذه الخصائص.
كتب التوأمان في ورقتهما: “يبدو أنه من المناسب بشكل خاص استكشاف ما إذا كانت خاصية السحر هي حتمية طبيعية في تجارب المصادم الحالية.” وأضافا: “بعبارة أكثر بساطة: هل تنتج الطبيعة كواركات عليا سحرية، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فلماذا لا؟”
لدى أوركسترا الضوء الكهربائي أغنية بعنوان “سحر غريب”، والتي، مع خطر تشويه كلمات جيف لين الرفيعة، أشعر (في أكثر لحظاتي تشاؤمًا) أنها زائدة عن الحاجة. السحر غريب بطبيعته بالنسبة لنا – ولهذا نسميه سحرًا. لكن ربما يكون أغرب سحر هو ذلك الذي يصف حدود العالم الذي نفهمه، من الظواهر التي لا يزال الخبراء يعملون على فك طلاسمها.
قال مارتن وايت، الفيزيائي في جامعة أديلايد وأحد مؤلفي الدراسة، في بيان صحفي من الجامعة: “كلما زاد السحر، زادت حاجتنا إلى حواسيب كمومية لوصف السلوك.” وأضاف: “توليد خصائص السحر في الأنظمة الكمومية يوفر رؤى هامة حول تطوير واستخدامات الحواسيب الكمومية المحتملة.”
تعمل الحواسيب الكمومية على كوانتم بت (أو كيو بت)، التي تشبه بتات الكمبيوتر العادية إلا أن قيمها يمكن تفسيرها على أنها 0 و1 في آن واحد، وهي ميزة من عالم الكم تتيح للحواسيب النظر في المزيد من الحلول لمشكلة ما بشكل أسرع من الكمبيوتر الكلاسيكي. الهدف النهائي – بل والنتيجة المتوقعة – هو أن الحواسيب الكمومية ستكون قادرة على حل مشاكل لا تستطيع الحواسيب الكلاسيكية حلها، وهي نقطة تحول يتسابق العلماء الكموميون نحوها، أحيانًا بطرق غير تقليدية.
قال مارتن وايت: “هذا الاكتشاف ليس فقط عن أثقل الجسيمات في الكون، بل يتعلق بإطلاق العنان لإمكانات نموذج حوسبة ثوري جديد.”
على مدى الصيف، أعلنت شركة الحوسبة الكمومية كوانتينوم عن كمبيوتر قالت إنه تفوق على نتيجة بارزة لكمبيوتر غوغل تُظهر “السيادة الكمومية” بمقدار 100 ضعف.
في وقت سابق من هذا الشهر، قدمت غوغل شريحة الكم الأخيرة لها، ويلو، التي قالت الشركة إنها تستطيع إجراء حسابات في خمسة ملايين من السنوات التي ستستغرقها واحدة من أسرع الحواسيب الفائقة في العالم 10 سبتيليون سنة. كما عرض فريق البحث الكمومي في غوغل جانبًا ملحوظًا من نظامهم الكمومي: تقليص أسي في معدل خطأ الكمبيوتر مع زيادة حجم الكمبيوتر الكمومي. يكفي أن نقول إن هذه السباق نحو عالم جديد جريء في المعلومات الكمومية في تصاعد.
عاد مصادم الهادرونات الكبير إلى العمل في عام 2022، بعد توقف دام ثلاث سنوات لأعمال الصيانة الروتينية والترقيات. في العام الماضي، نشر العلماء الذين يعملون في تجربة CMS في سيرن – وهي أثقل تجربة في مصادم الهادرونات الكبير – تقدمًا جديدًا في البحث عن الفوتونات المظلمة (أو المخفية)، وهو مرشح للمادة المظلمة.
كل هذا يأتي قبيل مصادم الهادرونات الكبير عالي السطوع المرتقب، الذي سيزيد من سطوع المنشأة بمقدار عشرة أضعاف ويزيد عدد بوزونات هيغز التي يمكن للفيزيائيين دراستها بمقدار كبير. من المتوقع أن يكون مصادم الهادرونات الكبير المعاد تصميمه جاهزًا للعمل بحلول عام 2029؛ وفي الوقت الحالي، يتم تشغيل الجولة الثالثة لمصادم الهادرونات الكبير حتى عام 2026.
