معلومات جديدة من المسرع المحوري قد تلقي الضوء على لغز المادة المضادة في الكون

في دراسة حديثة أجريت في معجل المحور، قام الباحثون بتحليل دقيق لعملية اضمحلال الغذاء المحايد B إلى زوج الغذاء المشحون K، بهدف فحص ما إذا كانت هذه الظاهرة قد تفسر الفرق الكبير في توزيع المادة مقابل المادة المضادة في كون

معلومات جديدة حول اضمحلال الغذاء المحايد B قد تلقي الضوء على عدم التماثل بين المادة والمادة المضادة في الكون. من المسلم به أنه من السابق لأوانه معرفة ما إذا كان سيتم اكتشاف ما وراء المعلومات المتراكمة الفيزياء الجديدة، لا شك أن هذه قفزة كبيرة في قدرة الإنسان على التمييز بين الاختلافات الصغيرة بين المادة والمادة المضادة منذ الستينيات.

أنا متأكد أنك سمعت عن المادة المضادة. لأولئك الذين لم يتح لهم الوقت لقراءة الصحافة العلمية، نذكركم - لكل جسيم في الطبيعة هناك جسيم "مرآة"، متطابق في خصائصه باستثناء الشحنات التي يحملها. ويعتبر البوزيترون، المعروف أيضًا باسم جسيم الإلكترون المضاد، مثالًا ممتازًا على ذلك. وبصرف النظر عن الشحنة الكهربائية المعاكسة، فإن الإلكترون والبوزيترون لهما نفس الكتلة ونصف القطر والدوران. إنه ليس جسيمًا غريبًا على الإطلاق، وبدون معدات متطورة يمكننا جميعًا قياسه. يظهر البوزيترون في العديد من الاضمحلال الإشعاعي. في واقع الأمر، لقد انبعثت الآن كمية صغيرة من الموز الموجود في وعاء المطبخ في منزلك. إذا كانت هذه الجسيمات مطابقة تمامًا لتلك الموجودة حولنا، فما الذي يميزها؟ لماذا لا نرى المادة المضادة؟ والسبب في ذلك يرجع إلى التفاعل بين المادة والمادة المضادة. عندما تتلامس هذه العناصر، فإنها تخضع لعملية استنشاق، أي أنها تتحول إلى جزيئات تحمل الطاقة، مثل الضوء. إن استخدام الطاقة في هذه العملية أعلى بنسبة مائة بالمائة من أي احتراق أو انشطار أو اندماج نووي.

تم وصف المادة المضادة لأول مرة من قبل بول ديراك، أحد رواد نظرية الكم، في عام 1928. في البداية، تعامل العلماء مع المادة المضادة باعتبارها خيالًا رياضيًا، لكن الاكتشاف لم يستغرق وقتًا طويلاً، وفي عام 1932، اكتشف كارل أندرسون البوزيترون من خلال إشعاع الخلفية الكونية المنتشر في الغلاف الجوي للأرض. وفي العقود القادمة، سيكتشف الفيزيائيون عددًا أكبر من الجسيمات المضادة، وسيرون أن كل جسيم في الطبيعة لديه أيضًا جسيم مرآة.

ويوضح أحد الباحثين، لارس إكلوند، أستاذ فيزياء الجسيمات بجامعة غلاسكو، أنه "حتى الآن، ليس لدينا أي تفسير لسبب ملاحظة المادة بكثرة في الكون. كيف تم اكتشاف النجوم المصنوعة من المادة المضادة في الفضاء حتى الآن؟ بناءً على النموذج القياسي، لا يوجد سبب للاعتقاد بأن كمية المادة التي تم إنشاؤها في الكون أكبر من المادة المضادة. ولو لم يكن هناك اختلاف في البداية، في فترة قصيرة من الزمن لاختفت كل مادة الكون عن طريق الاستنشاق. إذا كان الأمر كذلك، فلماذا توجد المادة أصلا؟ تثير هذه الأسئلة اهتمام العديد من العلماء حول العالم، ومن حين لآخر يتم طرح فرضيات ونظريات لكسر التماثل بينهما. الشيء الوحيد المؤكد هو أن الحل يجب أن يأتي من فيزياء جديدة."

"لم تخطر هذه المشكلات على رؤوس العلماء في المسرع الكبير في Sarn Vتم الإبلاغ مؤخرًا عن أن تجربة LHCb كشفت عن اكتشاف قد يثبت وجود آلية تفضل إنشاء المادة على المادة المضادة".

أ-cytmaria في الطبيعة

إن سلوك الكواركات واللبتونات، وهي الجسيمات التي تشكل المادة التي يمكن ملاحظتها في الكون، يعلمنا الفرق بين المادة والمادة المضادة. تنقسم الكواركات إلى "نكهات" مختلفة (اسم ليس جيدًا، لكننا جميعًا نستخدم التقاليد التاريخية. ولا علاقة له بالنكهة كما نختبرها جميعًا في الحياة اليومية. هذا مجرد اسم يميز بين الكواركات ذات الكتلة المتشابهة). مثل الأعلى والأسفل والغريب والسحري والسفلي والعلوي. تقوم الكواركات العلوية والسفلية ببناء جميع العناصر الموجودة في الجدول الدوري، ويتم اكتشاف الكواركات الأخرى في المسرعات ولكنها غير مستقرة. تسمى الجسيمات المتكونة من ارتباط الكوارك والكوارك المضاد (الجسيم المضاد للكوارك) بالميزونات (بالعبرية، الجسيمات الضوئية).

في الستينيات، لاحظ فيزيائيو الجسيمات خاصية مثيرة للاهتمام ظهرت في أربعة أطعمة محايدة مختلفة
 (B⁰_S، B⁰، د⁰ K⁰). الكواركات التي تشكلها غيرت طبيعتها واستبدلت بجسيمات مرآة. تتلاشى العملية التلقائية في النهاية لأن معظم الأطعمة غير مستقرة. وعندما نظر الباحثون عن كثب، لاحظوا أن العملية التلقائية حدثت في كثير من الأحيان بالنسبة للميزونات مقارنة بالميزونات المضادة. من وجهة نظر الفيزيائيين، كانت هذه لحظة مثيرة، فقد أتيحت لهم أخيرًا الفرصة لفحص كسر التناظر بعمق.

فيزياء جديدة؟

في دراسة حديثة أجريت على معجل المحور، قام الباحثون بتحليل دقيق لعملية تحلل الغذاء المحايد B إلى زوج مشحون من الأطعمة K. يتم إنشاء الطعام B عن طريق تصادم قوي للبروتونات في المسرع وقبل لحظات من التفكك، فإنه يتأرجح بينها وبين الجسيم المرآتي - الغذاء المضاد B. وبالمثل، يؤدي الاصطدام أيضًا إلى إنشاء الأطعمة المضادة للنوع B وتتأرجح أيضًا بينها وبين الأطعمة B حتى تتفكك. إلى جانب الاختلاف المعروف في دوران الجسيمات، أظهر الباحثون أيضًا لأول مرة اختلافات في معدل تحلل العناصر الغذائية ومضادات التغذية إلى الغذاء K. وقد جمعت التجارب الجديدة قدرًا محترمًا من المعلومات التي ستسمح في المستقبل بالتحقق أو استبعاد النماذج الحالية. يعد الأكسيون أحد النماذج المعروفة في السوق وهو مشهور أيضًا بين الباحثين عن المادة المظلمة، ولكن حتى لو كان هذا صحيحًا، فإن عدم التماثل الصغير الذي يولده لا يمكن أن يفسر الفرق الهائل بين المادة والمادة المضادة المرصودة في الكون. تسمح تجربة سارن لأول مرة بفحص النظريات الجديدة والقديمة عن كثب. كلنا نأمل في اكتشاف فيزياء جديدة، لكن الآمال حتى الآن كانت أكبر من الاستنتاجات.

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• هل المادة المضادة تسقط للأعلى أم للأسفل؟ سيحاول علماء ساران الإجابة على هذا السؤال
• ولأول مرة، لوحظ عدم التماثل المعتمد على الزمن بين المادة والمادة المضادة
• الرئيس التنفيذي لشركة Cern رولف هوير: حلمي هو العثور على أول جسيم للمادة المظلمة. المقال الأول بعد جولة في مرافق سيرن