النيوترينوات لا تجد رغوة في الزمكان

لا تملك الفيزياء حتى الآن نظرية ناجعة للجاذبية الكمومية. لكن معظم النظريات المرشحة تشترك في توقّع واحد: عند مقياس بلانك المتناهي الصغر، يكفّ الزمكان عن أن يكون أملس ويبدأ في التقلّب. ويسمّي الفيزيائيون ذلك رغوة الزمكان. ومن الصور الملموسة لذلك خلفيةٌ من الثقوب السوداء الافتراضية، مجهرية وعابرة، تظهر وتتبخر على أقصر المقاييس الزمنية الممكنة.

تقلّب واحد من هذا النوع سيكون أصغر بكثير من أن يُلاحَظ. لكن جسيمًا يقطع مسافة طويلة قد يراكم آثارها. فيتلاشى سلوكه الكمومي ببطء ليصبح عشوائية عادية كلاسيكية — وهي عملية تُسمّى فقدان الترابط الكمومي (decoherence).

ساعة كمومية تعبر الأرض

النيوترينوات جسيمات اختبار مثالية. فهي بلا شحنة كهربائية ولا تتأثر إلا بالقوة الضعيفة والجاذبية، لذا تعبر كواكب بأكملها دون أن تتأثر. وهي تحمل ساعة كمومية مدمجة: فالنيوترينو الذي يولد بـ«نكهة» معينة (إلكترونية أو ميونية أو تاوية) يتذبذب إلى النكهات الأخرى أثناء انتقاله. وهذا التذبذب أثر تداخلي. فلو بعثرت رغوة الزمكان الحالة الكمومية للنيوترينو في الطريق، لخمد التذبذب.

وأفضل النيوترينوات لهذا الغرض هي النيوترينوات الجوية، التي تنشأ حين تصطدم الأشعة الكونية بالغلاف الجوي. فتلك القادمة من الأسفل تكون قد عبرت الأرض — حتى قطرها الكامل — وتبلغ طاقات عالية جدًا، حيث يُتوقع أن تكون الآثار المرتبطة بمقياس بلانك في أقوى حالاتها.

اختبر تعاون IceCube صورتين لما يمكن أن يفعله ثقب أسود افتراضي بنيوترينو عابر: أن يحوّله عشوائيًا إلى حالة محددة، أو أن يزيح طوره الداخلي بمقدار عشوائي.

نيوترينو ميوني آتٍ من وابل أشعة كونية يعبر الأرض إلى IceCube. وفي الطريق، قد يبدّل ثقب أسود افتراضي (VBH) نكهته، أو يُسقطه على حالة كتلة، أو يزيح طوره. — الشكل 1، تعاون IceCube (2026)، arXiv:2610.14144.

ويوصف هذا الأثر بمعادلة قياسية للأنظمة الكمومية التي تتسرب إلى محيطها، هي معادلة ليندبلاد:

ρ̇ = −i[H, ρ] − D[ρ]

الحدّ الأول هو التذبذب العادي؛ والثاني، D، هو الإخماد. ويُفترض أن شدته Γ تنمو مع الطاقة وفق قانون أُسّي، Γ(E) = Γ₀ (E/E₀)ⁿ، وقد اختبر الفريق القيم n = 0 و1 و2 و3. والحالة n = 2 هي الأقوى تبريرًا، إذ تظهر في عدة حسابات في نظرية الأوتار.

368,071 نيوترينو، بلا طمس

IceCube كيلومتر مكعب من جليد القارة القطبية الجنوبية ترصده 5,160 مستشعرًا ضوئيًا. واستخدم الفريق بيانات 10.7 سنوات: 368,071 نيوترينو ميونيًا صعدت عبر الأرض، بطاقات تتراوح من 0.5 إلى 100 تيرا إلكترون فولت — أي أعلى بعشر مرات من بحث IceCube السابق عن هذا الأثر. وأُجري التحليل بطريقة عمياء، وكان على كل الفحوص أن تُجتاز قبل الكشف عن النتيجة.

الحكم: تتطابق البيانات في كل مكان مع التذبذبات العادية بين النكهات الثلاث. ولا يوجد أي عجز حيث يُفترض أن يكون فقدان الترابط أشدّ وقعًا.

الحدود العليا الجديدة (النجوم الحمراء) مقارنةً بتجارب سابقة. وبالنسبة إلى n = 3، تقع النجمة تحت الخط الأخضر الذي يمثّل أثرًا «طبيعيًا» على مقياس بلانك. — الشكل 6، تعاون IceCube (2026)، arXiv:2610.14144.

• بالنسبة إلى n = 2 وn = 3، تتحسن الحدود عن حدود IceCube السابقة بـأكثر من عشرة أضعاف. ويأتي هذا الكسب أساسًا من النيوترينوات الأعلى طاقة.
• بالنسبة إلى n = 2، يجب أن تكون شدة فقدان الترابط أقل من 7.26 × 10⁻¹⁹ إلكترون فولت عند 1 تيرا إلكترون فولت، في كلا النموذجين.
• بالنسبة إلى n = 3، تبلغ الحدود الآن ما دون التوقع «الطبيعي» على مقياس بلانك — وهي القيمة التي نحصل عليها بافتراض أن الأثر يصبح بقوة مقياس بلانك نفسه عند طاقة بلانك. وهذه أول مرة يُبلَغ فيها هذا المستوى بالنسبة إلى n = 3.

تختبئ أفضل مما كان متوقعًا

إذا كانت رغوة الزمكان تُخمد تذبذبات النيوترينو على هذا النحو، فلا بد أنها مكبوتة بقوة أكبر مما يتنبأ به تقدير طبيعي على مقياس بلانك — عبر آلية إضافية ما، أو باعتماد على الطاقة لا يتبع قانونًا أُسّيًا بسيطًا. ويصف المؤلفون هذه القيود بأنها الأشد صرامة حتى الآن على هذه الفئة من النماذج.

للاختبار نقاط عمياء. فـIceCube لا يستطيع التمييز بين النيوترينوات ومضاداتها واحدًا واحدًا، لذا يفترض التحليل أن كليهما يسلكان السلوك نفسه. كما أن النماذج بسيطة عن قصد، بمعامل إخماد واحد. وينبغي لعيّنات أكبر، ولا سيما من الكاشف المزمع IceCube-Gen2، أن تدفع البحث إلى أبعد من ذلك.