يتفوق على الضوء.. ما هو أسرع شيء على وجه الأرض؟

تعتمد الإجابة على كيفية تعريف كلمتي "الشيء" و"على الأرض".

يبدو أن الإجابة الأكثر وضوحًا هي الضوء. في الفراغ، يسافر الضوء حوالي (300000 كيلومتر في الثانية). ولا شيء في الكون نعرفه يمكن أن يتجاوز هذه السرعة.

ولكن هل الضوء شيء؟ الفيزيائيون لا يتفقون بشكل كامل على هذا. والبعض يقول لا، لأن الضوء ليس له كتلة. يقول آخرون نعم، نظرًا لمراوغات ميكانيكا الكم، فإن الضوء عبارة عن موجة وجسيم في نفس الوقت. ويتفق معظم علماء الفيزياء على أن الجسيمات هي أشياء.

وفي فراغ الفضاء، تعتبر تلك الجسيمات، التي تسمى الفوتونات، أسرع الأشياء، وفقا لجون ماثيوز، عالم الفيزياء في جامعة يوتا.

على الأرض، يصبح الأمر أكثر تعقيدًا، إلا إذا كنت في غرفة مفرغة. وبمجرد أن يضرب الفوتون الغلاف الجوي للأرض، فإنه يتباطأ قليلاً. ومن ثم، في ظل الظروف المناسبة، يمكن أن يكون لها بعض المنافسة. لأن الغلاف الجوي لا يبطئ جميع الجسيمات مثل الفوتونات، كما قال ماثيوز.

ماثيوز هو جزء من فريق اكتشف عدة جسيمات سريعة جدًا تنشأ من الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية جدًا، وهي وابل من الجسيمات دون الذرية التي تمطر على الأرض من الفضاء. اكتشف زملاؤه إحدى هذه الجسيمات، والتي أطلق عليها اسم جسيم "يا إلهي"، في عام 1991، من الأشعة الكونية ذات الطاقة الأعلى التي لم يتم رصدها بعد.

تبدأ الجسيمات مثل هذه التحرك بسرعة قريبة جدًا من سرعة الضوء في الفراغ. ولكن عندما تصطدم بالغلاف الجوي للأرض، فإنها بطبيعتها، تستمر في التقدم للأمام، كما قال ماثيوز. لذا فإنهم يتجاوزون سرعة الضوء في الغلاف الجوي.

وهذا يجعل جسيمات "يا إلهي" من بين أسرع الأشياء ذات الكتلة على الأرض، لكنها ليست في القمة. وبدلاً من ذلك، حصل النيوترينو على تلك الجائزة، وفقًا لجوستين فاندنبروك، عالم فيزياء الجسيمات بجامعة ويسكونسن ماديسون.

من المحتمل أن يكون جسيم يا إلهي بروتونًا، أو على الأقل شبيهًا بالبروتون، وهو ضخم إلى حدٍ ما على مقياس الجسيمات دون الذرية. كتلة النيوترينو أصغر بـ 10 مليارات مرة على الأقل من كتلة البروتون، لذا بفضل القوانين الأساسية للفيزياء، يمكنه السفر بشكل أسرع إذا أُعطي نفس القدر من الطاقة.

لكن في حين يمكن للنيوترينوات، من الناحية النظرية، أن تتحرك بسرعة كبيرة، فمن الصعب جدًا تحديدها عمليًا. قال فاندنبروك لمجلة لايف ساينس: "من المعروف أن النيوترينوات خجولة".

في تجربة طويلة الأمد في القطب الجنوبي - أُطلق عليها اسم "آيس كيوب" - وضع الفيزيائيون أجهزة كشف داخل قطعة من الجليد تبلغ مساحتها (1 كيلومتر مكعب)، على أمل العثور على نيوترينوات عالية الطاقة. داخل الجليد، يمكن للنيوترينو الذي يتمتع بطاقة كافية أن يسافر بسرعة أكبر من سرعة الضوء. عندما يصطدم هذا النيوترينو عالي الطاقة بنواة ذرة في الجليد، فإنه يمكن أن ينتج جسيمات دون ذرية مشحونة تتحرك أيضًا بسرعة أكبر من الضوء. تبعث هذه الجسيمات السريعة وميضًا من الضوء يُعرف باسم إشعاع شيرينكوف، ما يجعل النيوترينو قابلاً للاكتشاف بشكل غير مباشر.

وفي عام 2016، اكتشف علماء آيس كيوب النيوترينو الأعلى طاقة والذي تم تقييمه بعناية حتى الآن.

وقال بيل لويس، عالم الفيزياء في مختبر لوس ألاموس الوطني: «على حد علمنا، هذه هي أسرع الجسيمات التي تم رصدها على الإطلاق». لا يمكن لأي جسيم له كتلة أن يصل إلى سرعة الضوء في الفراغ، ولكن إذا كان خفيفًا جدًا ويمتلك الكثير من الطاقة، فيمكنه أن يقترب كثيرًا.

وفي الوقت نفسه، قال فاندنبروك إن هذه الجسيمات فائقة السرعة المسجلة "يتم إنتاجها بواسطة مسرعات الجسيمات الموجودة بشكل طبيعي في الكون.. نحن لا نعرف كيف تعمل، لكنها تخبرك حقًا بمدى روعة الطبيعة مقارنة بالبشر".