لغز ذرة الزنك الذي حيّر العلماء لعقود
تخيّل معي: أنت عالِم تجلس أمام شاشة حاسوب، تتفرّج على بيانات من مسرّع جسيمات. وفجأة تلاحظ شيئاً غريباً—طاقة زائدة من أشعة غاما تخرج من ذرات الزنك. لا يوجد تفسير واضح لها. مربك أليس كذلك؟
لست الوحيد الذي يحار.
لحسن الحظ، ها نحن أخيراً عند نهاية هذا اللغز.
ماذا كانت المشكلة؟
دعني أشرح الموضوع ببساطة.
أشعة غاما هي نوع من الضوء شديد الطاقة. تُنتَج عندما يستقرّ nucleus الذرة—أي مركزها—بعد أن يكون في حالة إثارة. فكّر فيها كأنها نفس عميق يخرج من مركز الذرة.
العلماء رصدوا هذه الأشعة لسنوات طويلة. وفي العادة، كل شيء يمشي كما هو متوقع.
لكن ظهر شيء غريب.
في بعض الذرات، كان عدد أشعة غاما منخفضة الطاقة أعلى بكثير مما توقّعه العلماء. هذه الزيادة الغامضة لقيت اسماً معروفاً في الأوساط العلمية: "تعزيز الطاقة المنخفضة" (Low-Energy Enhancement).
حتى وقت قريب، لم يجد أحد تفسيراً مقنعاً لها.
"لم نتوقع هذا أبداً"، قالت إليانور رونينغ، الباحثة الرئيسية في الدراسة الجديدة من المعهد الوطني للفيزياء النووية في إيطاليا. "كان الأمر صدمة حقيقية عندما لوحظ لأول مرة".
لغز الزنك-70
الفريق ركّز على ذرة بعينها: الزنك-70.
اسمها يشبه اسم فرقة موسيقية، لكنها في الحقيقة نوع خاص من الزنك.
العلماء استخدموا تقنيات تجريبية وتحليل متطورة استغرق تطويرها أكثر من عشر سنوات. والنتيجة؟
اكتشفوا أن أشعة غاما الإضافية لا تنتج من نوع "transition" الكهربائي كما كان متوقعاً. بل تأتي من شيء آخر يُعرف بـ التحولات المغناطيسية.
دعني أضرب لك مثالاً:
تخيّل مجموعة راقصين في ناد ليلي. في العادة، يتحركون بطريقة معينة تخلق نمطاً محدداً من الأضواء. لكن أحياناً، يقومون بحركة دائرية مغناطيسية نوعاً ما، فتظهر إضاءة إضافية. هذا بالضبط ما يحدث—لكن على المستوى الذري.
لماذا هذا مهم؟
هنا يبدأ الجزء المثير حقاً.
تعزيز الطاقة المنخفضة ليس مجرد فضول علمي عن ذرات الزنك. تأثيره يمتد إلى طريقة تشكّل العناصر الثقيلة في الكون.
تعرف تلك الانفجارات النجمية المذهلة—المستعرات الأعظمية—التي تُنهي حياة النجوم؟ وتلك الاندماجات العنيفة بين النجوم النيوترونية التي تلتقطها أجهزة كشف موجات الجاذبية؟
هذه الأحداث الكونية هي في الأساس مصانع لإنتاج العناصر. إنها تسحق الذرات الخفيفة معاً، لتبني ذرات أثقل: الذهب، البلاتين، اليورانيوم، وكل شيء أثقل من الحديد.
الآن، عند بناء نماذج حاسوبية لهذه المصانع الكونية، يحتاج العلماء لمعرفة سرعة التفاعلات النووية المختلفة. تعزيز الطاقة المنخفضة يُغيّر هذه السرعات بشكل ملحوظ.
لذلك، بمجرد أن فهمنا الآلية الكامنة خلفه، ستصبح نماذجنا لتكوّن العناصر الثقيلة في الكون أكثر دقة بكثير.
نفس العمليات التي تُنتج الذهب في خواتمنا والكوبالت في هواتفنا تحدث في أعماق الفضاء.
عشر سنوات من البحث المتواصل
ما يُعجبني أكثر في هذه القصة ليس الاكتشاف نفسه—بل الاستمرارية.
الفريق البحثي قضى أكثر من عشر سنوات في تطوير تقنيات تجريبية جديدة وطرق تحليل مبتكرة. كل هذا فقط للتوصل إلى نتيجة قاطعة.
"استخدمنا تقنية تجريبية جديدة تجمع بين أدوات متخصصة بطريقة تُفعّل Facility بأكملها"، قال شون ليديك، أحد الباحثين. "مثير للاهتمام أن نرى هذا الجهد ينتج نتيجة واضحة".
هذا النوع من البحث الأساسي يُذكّرني لماذا العلم مذهل إلى هذا الحد.
أحياناً، أنت فقط تحاول فهم سبب سلوك غريب لذرات الزنك. ثم تكتشف أنك في الواقع تتأمل نفس العمليات التي خلقت الكالسيوم في عظامك والحديد في دمك.
خلاصة
الكون من الجنون ما يكفي عندما تفكر فيه.
في مكان ما هناك، انفجارات هائلة لا تزال تُشكّل عناصر جديدة، تفاعل نووي تلو الآخر.
الآن، بفضل بعض التجارب الذكية على الزنك، صرنا أقرب بخطوة واحدة لفهم كيف يعمل هذا التحوّل الكوني.
أليس ذلك رائعاً؟