في الفيزياء الكلاسيكية ، الفراغ هو فراغ كامل – مظهر حقيقي من مظاهر العدم. لكن فيزياء الكم تقول أن الفضاء الفارغ ليس كذلك حقًا فارغ. وبدلاً من ذلك ، فإنها تعج بالجسيمات “الافتراضية” التي تتنقل من وإلى الوجود بسرعة كبيرة جدًا بحيث يتعذر اكتشافها. يعرف العلماء أن هذه الجسيمات الافتراضية موجودة لأنها تقوم بتعديل خصائص الجسيمات العادية بشكل قابل للقياس.
إحدى الخصائص الرئيسية لهذه الجسيمات الفوارة المتغيرة هي المجال المغناطيسي الصغير المتولد عن إلكترون واحد ، والمعروف باسم عزمه المغناطيسي. من الناحية النظرية ، إذا تمكن العلماء من تفسير جميع أنواع الجسيمات الافتراضية الموجودة ، فيمكنهم إجراء العمليات الحسابية واكتشافها بدقة كيف يجب أن تكون العزم المغناطيسية للإلكترون من السباحة في تجمع الجسيمات الافتراضي هذا. باستخدام أدوات دقيقة بما فيه الكفاية ، يمكنهم التحقق من عملهم مقابل الواقع. إن تحديد هذه القيمة بأكبر قدر ممكن من الدقة سيساعد الفيزيائيين على تحديد الجسيمات الافتراضية التي تتعامل مع العزم المغناطيسي للإلكترون – وبعضها قد ينتمي إلى قطاع محجوب من كوننا ، حيث توجد ، على سبيل المثال ، المادة المظلمة المراوغة دائمًا.
في فبراير ، أعلن أربعة باحثين في جامعة نورث وسترن أنهم فعلوا ذلك بالضبط. تم نشر نتائجهم في رسائل المراجعة البدنيةسجل اللحظة المغناطيسية الإلكترونية بدقة مذهلة: 14 رقمًا بعد الفاصلة العشرية ، وأكثر من ضعف دقة القياس السابق في عام 2008.
قد يبدو ذلك وكأنه يسير في البحر. لكن هناك ما هو أكثر بكثير من الدقة الرياضية على المحك. من خلال قياس العزم المغناطيسي ، يختبر العلماء المحور النظري لفيزياء الجسيمات: النموذج القياسي. مثل نسخة فيزيائية للجدول الدوري ، تم وضعه كمخطط لجميع الجسيمات المعروفة في الطبيعة: الجسيمات دون الذرية التي تشكل المادة ، مثل الكواركات والإلكترونات ، وتلك التي تحمل أو تتوسط قوى ، مثل الغلوونات والفوتونات. يأتي النموذج أيضًا مع مجموعة من القواعد لكيفية تصرف هذه الجسيمات.
لكن الفيزيائيين يعرفون أن النموذج القياسي غير مكتمل – فمن المحتمل أنه يفتقد إلى بعض العناصر. غالبًا ما لا تتوافق التنبؤات المستندة إلى النموذج مع ملاحظات الكون الحقيقي. لا يمكنها تفسير الألغاز الرئيسية مثل كيف تضخم الكون إلى حجمه الحالي بعد الانفجار العظيم ، أو حتى كيف يمكن أن يوجد على الإطلاق – مليء بالمادة ، وغائب في الغالب من المادة المضادة التي كان ينبغي أن تلغيها. كما أن النموذج لا يقول أي شيء عن المادة المظلمة التي تلصق المجرات معًا ، أو الطاقة المظلمة التي تحفز التوسع الكوني. ولعل عيبها الصارخ هو عدم القدرة على تفسير الجاذبية. لذلك ، فإن القياسات الدقيقة للغاية للجسيمات المعروفة هي المفتاح لمعرفة ما هو مفقود لأنها تساعد الفيزيائيين في التركيز على الفجوات في النموذج القياسي.
يقول جيرالد جابرييلس ، الفيزيائي في جامعة نورث وسترن الذي شارك في تأليف الدراسة الجديدة ، وكذلك نتيجة عام 2008: “النموذج القياسي هو أفضل وصف لدينا للواقع المادي”. “إنها نظرية ناجحة للغاية من حيث أنها يمكن أن تتنبأ أساسًا بكل شيء يمكننا قياسه واختباره على الأرض – لكنها تجعل الكون يخطئ.”
في الواقع ، التنبؤ الأكثر دقة الذي يقوم به النموذج القياسي هو قيمة العزم المغناطيسي للإلكترون. إذا لم تتطابق اللحظة المغناطيسية المتوقعة مع ما شوهد في التجارب ، فقد يكون التناقض دليلًا على وجود جسيمات افتراضية غير مكتشفة قيد التشغيل. يقول شينغ فان ، الفيزيائي في جامعة نورث وسترن الذي قاد الدراسة كطالب دراسات عليا في جامعة هارفارد: “أقول دائمًا أن الطبيعة تخبرك ما هي المعادلات الصحيحة”. والطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها اختبارها هي مقارنة نظريتك بالعالم الحقيقي.
