مغناطيسية النيوترون الخفية تظهر أخيرًا

النيوترون وحده لا يدوم. فهو يتحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو مضاد: هذا هو تحلّل بيتا، أبسط صور عملية موجودة في كل أرجاء الفيزياء النووية. ولأن النيوترون الحرّ لا تحيط به نواة، فإن تحلّله يخلو من التصحيحات المعقّدة التي تُربك القياسات النووية.

تنبؤ من خمسينيات القرن الماضي

في نظرية القوة الضعيفة، يربط مبدأ يسمى التيار المتجهي المحفوظ جزءًا من التفاعل الضعيف بالكهرومغناطيسية. ومن أبرز تنبؤاته، الذي قدّمه غيل-مان، المغناطيسية الضعيفة: إذ تحمل القوة الضعيفة حدًّا شبيهًا بالمغناطيسي، تمامًا كما يحمله التيار الكهرومغناطيسي. وشدّتها، التي يُرمز لها بـg_M، تحدّدها العزوم المغناطيسية للبروتون والنيوترون. والقيمة المتنبأ بها هي 4.71.

رُصدت المغناطيسية الضعيفة في بعض التحللات النووية، بدءًا من اختبار كلاسيكي أجراه Lee وMo وWu. لكن في تحلّل النيوترون الحرّ، وهو أنظف الحالات جميعًا، لم تُقَس مباشرة قط.

مجهولان وقياس واحد

المشكلة ليست في الدقة. فالكمية الأكثر حساسية هي لاتناظر بيتا: إذ لا تنطلق الإلكترونات بالتساوي في كل الاتجاهات بالنسبة إلى لفّ (سبين) النيوترون. وتزيح المغناطيسية الضعيفة هذا اللاتناظر بنحو 1.4%، أي ثمانية أضعاف دقة أفضل تجربة، PERKEO III.

لكن اللاتناظر يعتمد أيضًا على عدد ثانٍ، λ، وهو النسبة بين الاقترانين الرئيسيين في التحلل. ولا يستطيع قياس واحد التمييز بينهما. لذلك كان التجريبيون يثبّتون المغناطيسية الضعيفة عند قيمتها المتنبأ بها، ويستخدمون اللاتناظر لقياس λ.

كسر الجمود

تأخذ Miriam Camarasa-Domene وMartín González-Alonso (معهد IFIC، فالنسيا) وMartín Novoa-Brunet (معهدا IFIC وIFAE، برشلونة) قيمة λ من مصدر آخر. فكميتان مقيستان جيدًا تحدّدانها بمفردهما:

• عمر النيوترون، 878.36 ثانية في اختيار مجموعة بيانات الجسيمات (Particle Data Group)؛
• و«قيمة Ft» لتحللات نووية خاصة لا تجري إلا عبر الجزء المتجهي من القوة الضعيفة، 3,070.01 ثانية.

وترتبطان بالعلاقة r_n τ_n (1 + 3λ²) = 2 Ft، التي تعطي λ = −1.27598. وبعد تثبيت λ، تصبح قياسات اللاتناظر حرّة في الكشف عن المغناطيسية الضعيفة.

5.1 سيغما

النتيجة: g_M = 4.47 ± 0.87، متوافقة مع القيمة المتنبأ بها 4.71. ويُستبعد عالم بلا مغناطيسية ضعيفة (g_M = 0) عند 5.1 سيغما، فوق عتبة 5 سيغما. ويصف المؤلفون ذلك بأنه أول رصد للمغناطيسية الضعيفة في تحلّل النيوترون الحرّ.

القيود المجمّعة: الشريط الأحمر مصدره العمر وFt، والشريط الأزرق مصدره اللاتناظر؛ وتقاطعهما يحدّد g_M، بعيدًا عن الصفر (الخط المنقّط) وقريبًا من التنبؤ (الخط المتقطع). — الشكل 1، Camarasa-Domene وGonzález-Alonso وNovoa-Brunet (2026)، arXiv:2610.26792، CC BY 4.0.

وبيانات النيوترون معروفة بخلافاتها الداخلية، بين قياسات اللاتناظر القديمة والحديثة، وبين طريقتين لقياس العمر. لذلك أعاد الفريق التحليل باختيارات مختلفة للبيانات. وتبقى الدلالة الإحصائية بين 5.0 و6.1 سيغما، وترتفع إلى 6.1 حين لا تُستخدم إلا قياسات اللاتناظر الحديثة المتّسقة فيما بينها. وكانت مطابقة شاملة سابقة، شارك في توقيعها أحد المؤلفين، قد وجدت تلميحًا عند 3 سيغما.

كما تحقّقوا مما إذا كان اعتماد اللاتناظر على الطاقة قد يساعد. وعند الدقة الحالية، لن يحسّن القياس إلا ببضعة في المئة.

ثلاث روافع للخطوة التالية

تسهم المدخلات الثلاثة، اللاتناظر والعمر وقيم Ft النووية، بقدر متساوٍ تقريبًا في الارتياب المتبقي. ومن شأن قياسات جديدة لأيٍّ منها، أو حسابات أفضل للتصحيحات النووية، أن تحوّل هذه المشاهدة الأولى إلى اختبار دقيق للنموذج القياسي. والعمل جارٍ بالفعل على الجبهات الثلاث.