هيو ديفيد بوليتزر: طالب الدراسات العليا الذي أعاد كتابة القوة الشديدة

في عام 1973، اكتشف طالب دراسات عليا في جامعة هارفارد، كان لا يزال بعيداً بسنوات عن الحصول على وظيفة تدريس، أن الكواركات — الجسيمات التي تشكل البروتونات والنيوترونات — تتصرف بشكل معاكس لما توقعه الفيزيائيون: فكلما اقتربت من بعضها البعض، ضعفت القوة بينها. كانت نتيجة غريبة لدرجة أن بوليتزر خشي في البداية من أنه ارتكب خطأ. لم يكن الأمر كذلك، وهذا الاكتشاف، الذي تم التوصل إليه بشكل مستقل في نفس الوقت من قبل ديفيد غروس (David Gross) وفرانك ويلتشيك (Frank Wilczek) في برينستون، سيمنح الرجال الثلاثة جائزة نوبل بعد ثلاثة عقود.

ابن عائلة لاجئة في برونكس

ولد هيو ديفيد بوليتزر في 31 أغسطس 1949 في مدينة نيويورك، لعائلة لها تاريخها الخاص مع النزوح: فقد فر والداه من تشيكوسلوفاكيا إلى إنجلترا في عام 1939، قبل الاحتلال النازي، وهاجرا إلى الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية. التحق بمدرسة برونكس الثانوية للعلوم (Bronx High School of Science)، وهي المدرسة العامة الشهيرة التي أنتجت حصة غير متناسبة من الحائزين على جائزة نوبل الأمريكيين، وتخرج منها عام 1966. تابع دراسته في جامعة ميشيغان للحصول على درجة البكالوريوس في الفيزياء، والتي أكملها عام 1969، قبل الانتقال إلى هارفارد للدراسات العليا، حيث عمل تحت إشراف الفيزيائي النظري سيدني كولمان (Sidney Coleman) وحصل على الدكتوراه عام 1974.

الحساب الذي فسر حبس الكواركات

جاءت مساهمة بوليتزر الحاسمة قبل أن ينهي الدكتوراه. في عام 1973، وبينما كان لا يزال طالب دراسات عليا، حسب ما يحدث للقوة النووية الشديدة — القوة التي تربط الكواركات معاً داخل البروتونات والنيوترونات — مع تقلص المسافة بين الكواركات. اقترح الحدس التقليدي، المستمد من قوى مثل الكهرومغناطيسية والجاذبية، أن التفاعلات يجب أن تزداد قوة على مسافة قريبة. اكتشف بوليتزر العكس: تضعف القوة الشديدة فعلياً مع اقتراب الكواركات من بعضها البعض، وهي خاصية أصبحت تسمى الحرية التقاربية (Asymptotic Freedom). في نفس الوقت وبشكل مستقل تماماً، توصل ديفيد غروس وطالب الدراسات العليا فرانك ويلتشيك في برينستون إلى نفس النتيجة. ظهرت الورقة التي نشرها بوليتزر، إلى جانب عمل غروس-ويلتشيك، في مجلة 'فيزيكال ريفيو ليترز' (Physical Review Letters) عام 1973 وحلت مفارقة حقيقية في فيزياء الجسيمات: فقد شرحت كيف يمكن للقوة الشديدة أن تربط الكواركات في حبس دائم داخل جسيمات مثل البروتونات، ومع ذلك تتصرف كما لو أنها بالكاد موجودة في تجارب تصادم الطاقة العالية التي كان يجريها الفيزيائيون في ذلك الوقت — لأنه عند المسافات القصيرة للغاية التي تستكشفها تلك التصادمات، تصبح القوة ضعيفة. أصبح الاكتشاف ركيزة أساسية للديناميكا اللونية الكمومية، وهي النظرية التي تصف التفاعل الشديد.

من زميل مبتدئ إلى أستاذ في كالتك

بعد إكمال الدكتوراه، قضى بوليتزر ثلاث سنوات، من 1974 إلى 1977، كزميل مبتدئ في جمعية زملاء هارفارد (Harvard Society of Fellows)، وهو منصب ما بعد الدكتوراه انتقائي للغاية يمنح الباحثين الشباب حرية من مهام التدريس لمتابعة البحث. ثم انتقل إلى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك)، حيث انضم أولاً كأستاذ مشارك زائر عام 1975، وحصل على منصب دائم عام 1976، وترقى إلى أستاذ كامل عام 1979. شغل منصب المدير التنفيذي لقسم الفيزياء في كالتك من 1986 إلى 1988، وشغل في النهاية لقب أستاذ ريتشارد تشيس تولمان (Richard Chace Tolman) للفيزياء النظرية. بعيداً عن الحرية التقاربية، عمل بوليتزر أيضاً مع توماس أبيلكويست (Thomas Appelquist) على تنبؤات نظرية تتعلق بالكواركونيوم (charmonium)، وهي حالة مرتبطة لكوارك ساحر وضديده، مما ساهم بشكل أكبر في مجال فيزياء الكواركات الناشئ في السبعينيات.

جائزة نوبل، بعد عقود

مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2004 بشكل مشترك لبوليتزر وديفيد غروس وفرانك ويلتشيك "لاكتشاف الحرية التقاربية في نظرية التفاعل الشديد"، تقديراً لعمل أكمله الثلاثة في عام 1973، قبل أكثر من ثلاثين عاماً — وهو تذكير بالمدة التي ينتظرها أحياناً لجنة نوبل لتأكيد أن النتيجة النظرية قد صمدت أمام عقود من التدقيق التجريبي. كان بوليتزر قد حصل بالفعل على تقدير سابق لنفس العمل، بما في ذلك جائزة ساكوراي (Sakurai Prize) للفيزياء النظرية للجسيمات عام 1986 وجائزة فيزياء الجسيمات عالية الطاقة من الجمعية الفيزيائية الأوروبية عام 2003، وانتُخب لاحقاً لعضوية الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم عام 2011.

فيزيائي خارج المسار المألوف

كانت اهتمامات بوليتزر خارج فيزياء الجسيمات عامة بشكل غير عادي بالنسبة لمنظر. يعزف على البانجو وأجرى أبحاثاً في فيزياء الآلات الوترية، مطبقاً تدريبه المهني على هواية. في الثمانينيات، كان المغني الرئيسي لفرقة ذات اسم ساخر، "البروفيسور بوليتزر وميزونات رو" (Professor Politzer and the Rho Mesons)، وهو تلاعب لفظي بجسيم دون ذري. كما ظهر بشكل غير متوقع على الشاشة في فيلم هوليوود عام 1989 'فات مان آند ليتل بوي' (Fat Man and Little Boy)، الذي يدور حول مشروع مانهاتن، حيث لعب دور الفيزيائي روبرت سيربر (Robert Serber) — مما منحه، وفقاً لأحد الحسابات، رقم إيردوس-بيكون (Erdős–Bacon number) قدره خمسة، وهو مقياس فكاهي يجمع بين مسافة التعاون الأكاديمي ومسافة التعاون في التمثيل السينمائي.

لماذا يُطلق على هيو لقب عبقري

تستند حالة عبقرية بوليتزر إلى حساب واحد حاد ومخالف للحدس تم إجراؤه بينما كان لا يزال طالباً، وهو حساب تعارض مباشرة مع الحدس الفيزيائي الذي دربت أي قوة أخرى في الطبيعة الفيزيائيين على توقعه. تطلب اكتشاف أن القوة تصبح أضعف بدلاً من أقوى على مسافة قصيرة كلاً من التمكن التقني من رياضيات نظرية المجال الكمي التي كانت لا تزال شابة، والاستقلالية الذهنية الكافية للثقة في إجابة بدت للوهلة الأولى خاطئة. التعقيد الأكثر صدقاً في القصة هو أن الاكتشاف لم يكن ملكاً له وحده: فقد توصل ديفيد غروس وفرانك ويلتشيك إلى نفس النتيجة بشكل مستقل وفي نفس اللحظة تقريباً، ويعكس قرار لجنة نوبل بتقسيم الجائزة على ثلاثة تلك المتزامنة بدلاً من أي تقليل من عمل بوليتزر. هذا النوع من الاكتشاف المتزامن تقريباً شائع في الفيزياء عندما يكون المجال جاهزاً لفكرة ما، وهو لا يمحو الإنجاز بقدر ما يضعه في سياقه: لم تكن رؤية بوليتزر ومضة معزولة من العبقرية الفردية بقدر ما كانت التعبير المبكر الأكثر حدة عن استنتاج كانت رياضيات الديناميكا اللونية الكمومية تنتظر، بمعنى ما، أن يلاحظه شخص ما.

الإرث

تظل الحرية التقاربية واحدة من الأفكار الحاملة للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، وتدعم الحسابات الحديثة حول كيفية تصرف الكواركات والغلوونات داخل البروتونات والنيوترونات وبقايا تصادمات الجسيمات عالية الطاقة في مرافق مثل مصادم الهادرونات الكبير. واصل بوليتزر مسيرته المهنية في كالتك لعقود بعد الاكتشاف الذي جعل اسمه، تاركاً وراءه مجموعة من الأعمال في الفيزياء النظرية تضاهيها مجموعة انتقائية بشكل غير عادي من الاهتمامات الخارجية، من صوتيات البانجو إلى دور داعم في أحد أفلام هوليوود الدرامية حول مشروع مانهاتن.