ربما اقترب العلم أخيرًا من تفسير للمادة المضادة المفقودة في الكون، ففي دراسة رائدة من إعداد المنظمة الأوروبية للأبحاث النووي سيرن، ضرب العلماء بروتونات ببعضها عند سرعات فائقة لدراسة آثار الاصطدام، وسجلوا اكتشافات مذهلة لطبيعة كوننا.
أين اختفت المادة المضادة؟
لا ريب أن مصطلح المادة مألوف لديك؛ فأنت وكل ما حولك مكون منها، لكن هل سمعت بمصطلح المادة المضادة؟ إذ يوجد نسخة مضادة من جميع الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وغيرها من الجسيمات تحت الذرية، وهي تقريبًا نسخة طبقة الأصل عنها، تمامًا كالشحنات الكهربائية المتعاكسة.
اكتشف المادة المضادة الفيزيائي كارل أندرسون في العام 1932، عندما كان يدرس الأشعة الكونية القادمة من الفضاء، وبعدها بعقود، اكتشف العديد من الفيزيائيين أن جميع جسيمات المادة العادية تمتلك ما يكافئها من المادة المضادة.
عندما تلتقي المادة بنظيرتها المضادة، تفنى كلتاهما في وميض من الطاقة، ويرى الفيزيائيون أن الانفجار العظيم شكل كميتين متساويتين من المادة ومضادتها، لأنهما نسختان طبق الأصل عن بعضهما.
إن صح ذلك، فمن المفترض أن تفنى المادة ومضادتها بعد فترة وجيزة من تكونهما. لكن حدثًا مجهولًا آنذاك أدى إلى تلاشي أكثرية المادة المضادة، وبقاء فائض كبير من المادة العادية. ويشكل هذا الفائض جميع المادة التي نراها في كوننا حاليًا.
وبالإمكان رصد ما تبقى من المادة المضادة في الاضمحلالات الإشعاعية الموجودة في نسبة ضئيلة من الأشعة الكونية.
حير غياب المادة المضادة من كوننا الفيزيائيين لأعوام كثيرة، غير أن فريقًا من سيرن اكتشفوا تفسيرًا محتملًا لذلك.
تفسير انعدام التكافؤ بين المادة ومضادتها في الكون
لتفسير هذه الظاهرة، اتجه العلماء نحو دراسة الكواركات، التي تمثل اللبنات الأساسية للمادة، بالإضافة إلى اللبتونات. وتنقسم الكواركات إلى أنواع عدة: العلوي والسفلي والساحر والغريب والقمي والقعري، وفقًا للكيفية التي تدور بها، ولها ما يناظرها من المادة المضادة.
تشكل الكواركات العلوية والسفلية البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة، وتنتج الكواركات الأخرى من العمليات ذات الطاقة العالية، مثل تصادم الأجسام ببعضها عند سرعات فائقة في مصادم الهدرونات الكبير في سيرن.
وتنتج بعض الجسيمات من دمج الكواركات مع الكواركات المضادة، من الأمثلة عليها الميزونات، وتظهر أربعة أنواع من الميزونات سلوكيات استثنائية، لذلك سميت بالميزونات المحايدة وهي «B0S, B0, D0،K0» ، إذ تتحول هذه الجسيمات الغريبة إلى نظيرتها المضادة تلقائيًا، ثم تعود إلى حالتها الأصلية خلال ثوان.
شوهد هذا السلوك للمرة الأولى في العام 1960.
وتتكون تلك الجسيمات من المادة العادية والمادة المضادة، ما يجعلها غير مستقرة وذات نزعة للاضمحلال إلى جسيمات أثر استقرارًا، ويحدث ذلك بسرعة شديدة عند لحظة زمنية محددة خلال دورة التذبذب بين المادة ومضادتها.
لكن اضمحلال الميزونات يختلف اختلافًا طفيفًا عن اضمحلال الميزونات المضادة. هذا السلوك موصوف بشكل جيدة في مصفوفة كابيو-كوباياشي-ماسكاوا.
ووفقًا للمصفوفة، على الرغم من الاختلاف بين كيفية تصرف المادة ومضادتها، فإن ذلك الاختلاف أصغر من أن يؤدي إلى توليد فائض المادة العادية خلال أيام الكون المبكرة.
إذن لا بد أن الفيزيائيين غافلون عن نقطة جوهرية وراء اختفاء المادة المضادة.
المجاهيل الكبيرة في الفيزياء
ما زالت هذه المسألة من أكبر المسائل التي حيرت الفيزيائيين وبحاجة إلى مزيد من التحريات لاكتشاف تفسير علمي. من هذا المنطلق، يجري بحاثة سيرن تجارب «إل إتش سي بي» لدراسة الميزونات المحايدة «B0S» ومتابعة كيفية اضمحلالها إلى أزواج من الميزونات المشحونة.
شُكّلت الميزونات في مصادم الهدرونات الكبير باصطدام البروتونات ببعضهما، ما أنتج جسيمات متذبذبة بين الميزونات والميزونات المضادة بسرعة ثلاثة تريليونات بالثانية. وشكلت الاصطدامات كذلك ميزونات «B0S» مضادة متذبذبة بالطريقة ذاتها، ما وفر للباحثين نماذج عن المادة ومضادتها للمقارنة بينها.
عن طريق حساب عدد الاضمحلالات من هذه العينات، اكتشف الباحثون فارقًا ضئيلًا بينهما، والذي يشير إلى عدد أكبر من الاضمحلالات لميزونات «B0S» واستنتجوا أن تلك الفروقات الاضمحلالية، أو انعدامات التكافؤ، اختلفت وفقًا للتذبذب بين ميزونات «B0S» وميزوناتها المضادة.
وقد تستخدم هذه النتائج لقياس مؤشرات عدة في مصفوفة كابيو-كوباياشي-ماسكاوا. وبزيادة عدد القياسات، قد توفر التجارب اختبارًا واقعيًا للنظريات المعمول بها حاليًا.
لكن ضآلة الفارق المقاس بين المادة ومضادتها ليست كافية لتفسير شح المادة المضادة في الكون وكثرة نظيرتها العادية، لذلك يرى فريق سيرن أن نظرية المصفوفة الحالية ليست إلا تقريب من نظرية أساسية ما زالت مجهولة.
وفي مقال على موقع ذا كونفيرزيشن، صرح أستاذ فيزياء الجسيمات من جامعة غلاسكو «ربما نفهم صميم المشكلة بدراسة الآلية الكامنة وراء انعدام التكافؤ بين المادة ومضادتها، وقد تكمن أفضل فرصنا في دراسة العالم على مقياس مصغر، ما يمكننا من فهم الظواهر على النطاق الأوسع.»
نشرت الدراسة لأول مرة في موقع سيرن خلال أكتوبر/تشرين الأول من هذا العام.
The post علماء سيرن يكتشفون دليلًا جديدًا على المادة المضادة المفقودة في الكون appeared first on مرصد المستقبل.