نوبل الفيزياء 2026.. كيف كشفت جسيمات شبحية أسرار أعنف مناطق الكون؟

منحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2026 للباحث الأمريكي فرانسيس هالزن تقديرًا لإسهاماته الحاسمة في اكتشاف النيوترينوات ذات الأصل الفلكي عالية الطاقة، باستخدام مرصد IceCube المقام داخل الجليد في القطب الجنوبي.

ووصفَت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم هذه النيوترينوات بأنها «رسل شبحية»، في إشارة إلى طبيعتها شديدة الغرابة؛ فهي جسيمات تكاد لا تمتلك كتلة، ولا تتفاعل مع المادة إلا نادرًا للغاية، ما يسمح لها بالمرور عبر الأجسام الصلبة دون أن تتأثر بها في معظم الحالات.

ويمر مليارات النيوترينوات عبر جسم الإنسان كل ثانية، ومعظمها يأتي من الشمس.

لكن هناك نوعًا أكثر ندرة بكثير: النيوترينوات عالية الطاقة القادمة من أماكن بعيدة في الكون، وهي أقل بنحو مليار مرة من النيوترينوات القادمة من الشمس.

وتنشأ هذه الجسيمات في مصادر كونية شديدة العنف، من بينها الثقوب السوداء الموجودة في مراكز المجرات البعيدة، حيث يمكن أن تتسارع الجسيمات إلى طاقات هائلة.

لماذا النيوترينوات مهمة لعلم الفلك؟

يعتمد جزء كبير من معرفتنا بالكون على الضوء، سواء كان ضوءًا مرئيًا أو أشكالًا أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي.

لكن بعض أكثر البيئات الكونية تطرفًا يمكن أن تحجب الضوء أو تمنعه من الوصول إلينا.

وهنا تقدم النيوترينوات وسيلة مختلفة تمامًا لرؤية هذه المناطق.

فالنيوترينوات تتفاعل مع المادة بدرجة ضعيفة للغاية، ولذلك يمكنها السفر عبر النجوم والمجرات وحتى الكواكب بأكملها تقريبًا دون أن تنحرف عن مسارها أو تتأثر به بدرجة كبيرة.

وهذه الخاصية تجعل اكتشافها شديد الصعوبة، لكنها في الوقت نفسه تجعلها رسلًا فريدة تحمل معلومات عن مصادر كونية بعيدة لا يمكن الحصول عليها بالضوء وحده.

وقال مارك بيرس، رئيس لجنة نوبل للفيزياء، إن أهمية عمل هالزن ترتبط بالخصائص الغريبة للنيوترينو، إذ إن تفاعله النادر جدًا مع المادة يجعله وسيلة لنقل معلومات عن مصادر كونية بعيدة لا يمكن الوصول إليها بطرق أخرى.

فكرة جريئة: استخدام جليد القطب الجنوبي ككاشف عملاق

كانت المشكلة الأساسية أن النيوترينوات عالية الطاقة القادمة من خارج النظام الشمسي نادرة للغاية.

ولرصد عدد كافٍ منها، يحتاج الفيزيائيون إلى كاشف هائل الحجم يبلغ حجمه نحو كيلومتر مكعب.

وفي عام 1988، اقترح فرانسيس هالزن حلًا بدا جريئًا في ذلك الوقت: استخدام جليد القارة القطبية الجنوبية نفسه ككاشف طبيعي.

وعميقًا تحت القطب الجنوبي، يتميز الجليد بدرجة عالية من الصفاء، ويحفر العلماء آبارًا ضيقة وعميقة، ثم ينزلون داخلها سلاسل طويلة من أجهزة استشعار الضوء إلى أكثر من كيلومتر تحت سطح الجليد.

وبعد أن تتجمد الآبار من جديد، تصبح أجهزة الاستشعار محاطة بالجليد داخل كاشف طبيعي هائل الحجم.

وهكذا لم يكن على العلماء تصنيع كتلة ضخمة من المواد للكشف عن النيوترينوات؛ فقد وجدوا في الجليد نفسه الوسط الذي يحتاجونه.

كيف يكشف IceCube جسيمًا لا يكاد يتفاعل مع المادة؟

يمر معظم النيوترينوات عبر الأرض وعبر مرصد IceCube دون أن يترك أي أثر.

لكن في حالات نادرة، يصطدم نيوترينو بذرة أو جسيم من المادة داخل الجليد أو بالقرب منه، وينتج عن ذلك جسيم مشحون، مثل الميون (Muon).

يمكن لهذا الميون أن يتحرك داخل الجليد بسرعة تتجاوز سرعة الضوء في الجليد، ما يؤدي إلى إنتاج وميض خافت من الضوء الأزرق يعرف باسم إشعاع تشيرينكوف.

وهنا يجب توضيح نقطة مهمة: هذا لا يعني أن الميون يتحرك أسرع من الحد الأقصى للسرعة في الكون.

فالضوء يتحرك داخل الجليد بسرعة أقل من سرعته في الفراغ، وبالتالي يمكن لجسيم مشحون أن يتجاوز سرعة الضوء في ذلك الوسط دون أن يخالف النسبية.

تلتقط آلاف أجهزة الاستشعار المدفونة في الجليد توقيت هذا الضوء ونمط انتشاره.

ومن خلال تحليل هذه البيانات، يستطيع العلماء إعادة بناء مسار الميون، ومن ثم استنتاج الاتجاه الذي جاء منه النيوترينو الأصلي.

وبعبارة مبسطة، يترك الميون وراءه أثرًا ضوئيًا خافتًا داخل الجليد، ومن هذا الأثر يستطيع العلماء العمل بصورة عكسية لتحديد مصدر النيوترينو في السماء.

اكتشاف قادم من خارج النظام الشمسي

في عام 2013، أعلن مرصد IceCube أول دليل قوي على وجود مجموعة من النيوترينوات شديدة الطاقة القادمة من خارج النظام الشمسي.

وكان ذلك إنجازًا مهمًا لأن النيوترينوات تختلف عن نوع آخر من الجسيمات القادمة من الفضاء، وهو الأشعة الكونية.

فالأشعة الكونية تحمل شحنة كهربائية، ولذلك تنحرف مساراتها بفعل المجالات المغناطيسية أثناء انتقالها عبر الكون.

وعندما تصل إلى الأرض، قد يكون من الصعب جدًا تحديد المكان الذي جاءت منه، أما النيوترينوات فلا تحمل شحنة كهربائية، ولذلك تنتقل عبر الفضاء في خطوط شبه مستقيمة.

ويمكن لاتجاه وصولها أن يشير إلى مصدرها.

كما تستطيع النيوترينوات الهروب من البيئات الكثيفة التي قد يمتص فيها الضوء أو يتشتت قبل أن يتمكن من الخروج.

وهذا يفتح نافذة جديدة لدراسة بعض أكثر الأماكن عنفًا في الكون، ومنها محيط الثقوب السوداء فائقة الكتلة ومصادر تسريع الجسيمات الكونية شديدة القوة.

النيوترينوات تفتح عصر «علم فلك الرسل المتعددة”

ساعد هذا الاكتشاف أيضًا على ترسيخ ما أصبح يعرف باسم علم فلك الرسل المتعددة (Multi-messenger astronomy).
وتقوم الفكرة على بناء صورة أكثر اكتمالًا للكون من خلال الجمع بين إشارات كونية مختلفة، تشمل:

•  الضوء.
•  موجات الجاذبية.
•  الأشعة الكونية.
•  النيوترينوات.

ويحمل كل نوع من هذه الإشارات معلومات مختلفة عن المصدر الذي جاء منه.
وبالتالي، لا يعتمد العلماء على وسيلة واحدة لرصد الكون، بل يجمعون أنواعًا متعددة من الأدلة لفهم الأحداث والبيئات الكونية شديدة التعقيد.

النيوترينوات ليست غريبة عن جوائز نوبل

لا تعد النيوترينوات وافدة جديدة على تاريخ جائزة نوبل، فخلال العقود الماضية، كرمت الجائزة أبحاثًا تتعلق باكتشاف النيوترينوات، واكتشاف أنواع مختلفة منها، ورصد النيوترينوات الكونية، واكتشاف ظاهرة تذبذب النيوترينوات.

وكان اكتشاف التذبذب مهمًا بصورة خاصة لأنه أثبت أن النيوترينوات تمتلك كتلة، خلافًا لما كان يُعتقد سابقًا.

لكن عمل هالزن يضيف فصلًا مختلفًا إلى هذه القصة، فالنيوترينوات لم تعد مجرد جسيمات يريد الفيزيائيون فهم خصائصها، بل أصبحت أداة يستخدمها علماء الفلك لدراسة الكون.

هل يمكن استخدام النيوترينوات للاتصال بين النجوم؟

نظرًا إلى قدرة النيوترينوات على عبور مسافات هائلة في الفضاء والمرور عبر المادة دون تفاعل يُذكر، ظهرت تكهنات علمية حول إمكانية استخدامها يومًا ما في الاتصالات عبر المسافات بين النجوم.

لكن هذا الاحتمال لا يزال افتراضيًا تمامًا، فمرصد IceCube يرصد نيوترينوات ناتجة عن عمليات فلكية طبيعية، ولا توجد في هذه المشاهدات أدلة على أنها رسائل من حضارات خارج الأرض.

مفارقة الجسيمات الشبحية

تحمل قصة النيوترينوات مفارقة لافتة، فهي مفيدة لعلماء الفلك تحديدًا لأنها صعبة الرصد.

ونادرًا ما تتفاعل مع المادة، وهي الخاصية التي تسمح لها بعبور مسافات كونية هائلة دون أن تتغير تقريبًا، هي نفسها التي تجعل اكتشافها بالغ الصعوبة.

أما المفاجأة الأخرى فهي أن الكاشف الذي جعل هذا النوع الجديد من علم الفلك ممكنًا لم يحتج إلى تصنيع كيلومتر مكعب من المواد.

كانت الطبيعة قد وفرت للعلماء بالفعل ذلك الكاشف تحت الجليد في القطب الجنوبي.

وهكذا أصبحت هذه الجسيمات التي توصف بـ«الشبحية» وسيلة غير مسبوقة لاستكشاف أكثر مناطق الكون طاقة، بما في ذلك البيئات التي قد تظل خفية تمامًا أمام الضوء.

ويأتي تكريم فرانسيس هالزن بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2026 تقديرًا لهذا التحول: من دراسة جسيمات تكاد لا تتفاعل مع العالم المادي إلى استخدامها رسلًا تكشف للإنسان مصادر بعيدة وعنيفة في أعماق الكون.