بعد نشر كتاب النسبية للدكتور مشرفة بسبع وسبعين عاما نشر الدكتور شعبان خليل أستاذ ومدير مركز الفيزياء الأساسية بجامعة زويل أول كتاب باللغة العربية بعنوان «رحلة داخل أعماق المادة» فى محاولة لفهم المادة ونشأة الكون ليكون أول كتاب باللغة العربية عن فيزياء الجسيمات الأولية.الدكتور شعبان هو أحد حاملى الراية لتراث الراحل العظيم الدكتور مشرفة فهو عالم فيزياء نظرية مثله يعرفه العالم من خلال أبحاثه الغزيرة والتى أثمرت أكثر من 200 بحث أصيل، كما أنه حاصل مثله على أعلى شهادة أكاديمية علمية هى الـ «دى إس سى».
إذا هو أقرب الجميع الى الدكتور مشرفة وهو ما يؤهله للفوز يوما بجائزة نوبل فى الفيزياء ليحقق بذلك لمصر جائزة نوبل فى الفيزياء.

كتابه رحلة داخل أعماق المادة – عصر جديد فى فيزياء الجسيمات الأولية ومحاولة فهم نشأة الكون, شعبان خليل, أندروميدا للنشر والخدمات الأكاديمية, لندن, 2022يقع فى 134 صفحة. يصفه الدكتور شعبان بأنه رحلة داخل أعماق المادة فى محاولة للتعرف على الجسيمات الأولية التى تمثل وحدة بناء المادة فى كوننا هذا، ويصف نتاج رحلته أن كل الكون بما فيه من مجرات ونجوم وكواكب وجزيئات مصنوع من ستة جسيمات تسمى كواركات وستة جسيمات أخرى تعرف باللبتونات، كما توجد مادة مضادة من خواصها أنها تتلاشى بمجرد تلاقيها مع المادة العادية وتختفيان معا متحولتين الى طاقة هائلة. إضافة الى ذلك يعرفنا المؤلف بالقوى الأربع الأساسية الموجودة فى الطبيعة.

يتكون الكتاب من ستة فصول هى المكونات الأساسية للمادة والقوى الأساسية فى الطبيعة ونظريات المجالات الكمومية والنموذج القياسى للجسيمات الأولية وأسئلة لا يجيب عنها النموذج القياسى، وأخيرا فيزياء الجسيمات ونشأة الكون.

يعطينا فى الفصل الأول مقدمة تاريخية عن الجسيمات الأولية بداية من المفكر اليونانى أمبيدوكليس ومن بعده أرسطو ثم البريطانى جون دالتون الذى يعتبر المؤسس الحقيقى لنظرية الذرة الحديثة. كان الاعتقاد أن الذرة هى أصغر شىء، وأنها هى الجسيم الأساسى الذى تتكون منه بقية المواد حتى عام 1895, وهو العام الذى تم فيه اكتشاف الأشعة السينية بواسطة الألمانى وليم روننتجن. تلا ذلك التفكير فى التركيب الداخلى للذرة، حيث قام رازفورد بتجربته التى اكتشف فيها أن معظم الذرة مجرد فراغ، وأن كتلتها توجد فى نواتهاالمتناهية الصغر، والتى قطرها أصغر مائة ألف مرة من قطر الذرة نفسها والتى تحوى بروتوناتها الشحنة الموجبة وتحيطها هالة من الإلكترونات السالبة الشحنة والتى تدور بسرعة عالية جدا حول النواة.
هذه الإلكترونات تم اكتشافها وتحديد كتلتها عام 1897 بواسطة البريطانى جى.جى.طمسون. رازفورد البريطانى هو الذى اكتشف البروتون عام 1919 وسماه، وتم إثبات أن ذرة أى عنصر تحتوى عددا متساويا من البروتونات والإلكترونات وهو المعروف بالعدد الذرى للعنصر وأن الإلكترونات السالبة الشحنة تعادل الشحنة الموجبة للبروتونات. وفى عام 1932 اكتشف البريطانى جيمس تشادويك جسيما جديدا متعادل الشحنة هو النيوترون وهو موجود فى كل نويات الذرات.

ظل الأمر حتى بداية 1960 والاعتقاد أنه توجد فقط تلك الجسيمات الثلاثة الأولية وهى الإلكترون، والبروتون، والنيترون, ثم حدثت الثورة الكبرى فى علوم الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات الأولية مما أدى الى اكتشاف أكثر من 200 جسيم حتى الآن, غير أن غالبية تلك الجسيمات ليست جسيمات أساسية. بدأت الثورة عندما تمت دراسة تصادم البروتونات بعضها ببعض فى معجلات مما أسفر عن اكتشاف أن البروتون ليس جسيما أساسيا، بل إنه يتكون من جسيمات أصغر أطلق عليها كواركات. اقتبس مورى جلمان كلمة كوارك عام 1963 من رواية «فينجان ويك» للكاتب الإيرلندى المشهور جيمس جويس المنشورة عام 1939. ووجد أن الكواركات مثلها مثل البروتونات والإلكترونات وأن لها شحنة كهربائية وأن تلك الشحنة كسرية وأنها تتحد مع بعضها البعض وتكون جسيمات ذات شحنة كهربائية، تساوى عددا صحيحا.

إضافة الى ذلك وجد أيضا أن الكواركات تختلف عن بقية الجسيمات بأنه لا يمكن فصلها عن المادة مثلما حدث مع البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، والتى تم فصلها وإجراء التجارب عليها لتحديد خواصها.إضافة الى ذلك تم التأكد من خلال التجارب المعملية أنه يوجد أيضا ستة أنواع من الجسيمات الأخرى أطلق عليها اللبتونات وهى كلمة يونانية تعنى الجسيم الخفيف, ثلاثة منها ذو شحنة سالبة وثلاثة متعادلة الشحنة. يختم الدكتور شعبان رحلته بفصل عن فيزياء الجسيمات ونشأة الكون وأن الكون، بدأ بانفجار هائل منذ أكثر من 14 بليون سنة وفى أول جزء على مليون من الثانية بعد هذا الانفجار كان الكون كله فى حجم ذرة واحدة متناهية الثقل، وكانت درجة حرارته عشرة آلاف مليون مليون درجة مئوية وأنه كان مليئا بالكواركات واللبتونات، ثم بدأ فى التمدد والبرودة مما سمح لجسيمات جديدة أن تتكون.

يشرح لنا المؤلف أن دراسة بداية الكون بدأت فى أواخر السبعينيات من القرن العشرين، وأن استخدام فيزياء الجسيمات الأولية فى علم الكون كانت فى عام 1974 حيث كانت صياغة النظريات التوحيدية الكبرى وفى عام 1978 أصبحت نظريات المجال الموحد واحدة من أهم المواضيع فى مجالات فيزياء الجسيمات الأولية، وفى عام 1981 تم اقتراح النموذج التضخمى للكون والذى تضمن وصفا ناجحا للصفات النوعية الواسعة للكون، كما أنه قدم أجوبة لكثير من الأسئلة التى عجزت عن تقديمها نظرية الانفجار الكبير. يخلص المؤلف الى أن التقارب والتعاون بين علم الكون وفيزياء الجسيمات سوف يمكن الفيزيائيين والفلكيين من مواصلة جهودهم لفهم الكون وتركيب المادة وأصل كل منهما.