التقييم: هذا هو اصطدام المادة والمادة المضادة في محيط الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية المنهارة المعروفة باسم النجوم المغناطيسية
تعد الانفجارات الراديوية السريعة الغامضة من أكثر الظواهر إرباكًا في الكون، فهي تطلق في ثانية واحدة قدرًا من الطاقة يعادل ما تنبعثه الشمس في عام واحد. لقد تصور الباحثون في جامعة برينستون ومختبر برينستون لفيزياء البلازما التابع لوزارة الطاقة الأمريكية ومختبر المسرع الوطني SLAC واقترحوا تجربة غير مكلفة لإنشاء ومراقبة المراحل الأولى من هذه العملية بطريقة كان يُعتقد في السابق أنها مستحيلة باستخدام تكنولوجيا اليوم.
الأجرام السماوية مثل النجوم النيوترونية، أو النجوم المنهارة، والتي تسمى النجوم المغناطيسية (مغناطيس + نجم) المحاطة بمجالات مغناطيسية قوية هي المسؤولة عن الانفجارات المثيرة للإعجاب في الفضاء. وفقًا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED)، فإن هذه المجالات قوية جدًا لدرجة أنها تحول فراغ الفضاء إلى بلازما غريبة مصنوعة من المادة والمادة المضادة على شكل أزواج من الإلكترونات سالبة الشحنة وإلكترونات موجبة الشحنة. ويُعتقد أن الانبعاثات الصادرة عن هذه الأزواج هي المسؤولة عن رشقات الراديو السريعة القوية.
إن بلازما المادة والمادة المضادة، "البلازما الزوجية"، تتعارض مع البلازما العادية التي تغذي التفاعلات الاندماجية وتشكل 99% من الكون المرئي. تتكون هذه البلازما من مادة على شكل إلكترونات ونواة ذرية ذات كتلة أو أيونات أكبر بكثير. تتكون بلازما الإلكترون-بوزيترون من جسيمات ذات كتلة متساوية ولكن شحنات متعاكسة قابلة للفناء والخلق. يمكن لمثل هذه البلازما أن تظهر سلوكًا جماعيًا مختلفًا تمامًا.
وقال الفيزيائي كينان تشو من قسم علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون: "إن محاكاة مختبرنا هي نظير صغير الحجم لبيئة النجم المغناطيسي". قال تشو، المؤلف الأول لورقة بحثية ظهرت مؤخرًا في فيزياء البلازما، وأيضًا المؤلف الأول لورقة بحثية في Physical Review Letters التي توسعها الورقة الحالية: "هذا يسمح لنا بتحليل زوج البلازما الموصوف بواسطة QED".
الفيزيائي كينان تشو مع صور لانفجار راديوي سريع في مجرتين. تُظهر الصور الموجودة على اليسار المجرات، وعلى اليمين صورًا محسنة رقميًا. تشير الخطوط البيضاوية المتقطعة إلى موقع الانفجارات في المجرات.
ائتمان: صورة Qu بواسطة Elle Starkman؛ صور المجرة مقدمة من وكالة ناسا؛ كولاج بواسطة كيران سودارسانان.)
وقال تشو: "بدلاً من محاكاة مجال مغناطيسي قوي، نستخدم ليزرًا قويًا". "إنه يحول الطاقة إلى بلازما زوجية باستخدام ما نسميه شلالات QED. وبعد ذلك، تقوم بلازما الأزواج بتغيير نبض الليزر إلى تردد أعلى". "توضح النتيجة المثيرة فرص إنشاء ومراقبة بلازما QED الزوجية في المختبرات وتمكين التجارب من التحقق من النظريات حول الانفجارات الراديوية السريعة."
يشير الفيزيائي نات فيش، أستاذ علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون ونائب مدير الشؤون الأكاديمية في PPPL، وهو الباحث الرئيسي في هذه الدراسة، إلى أنه تم إنشاء البلازما الزوجية المنتجة في المختبر من قبل. وقال فيش: "ونعتقد أننا نعرف ما هي القوانين التي تحكم سلوكهم الجماعي". "ولكن قبل أن نصنع فعليًا زوجًا من البلازما في المختبر يُظهر ظواهر جماعية يمكننا دراستها، لن نتمكن من التأكد تمامًا من ذلك".
وأضاف "المشكلة هي أنه من الصعب للغاية مراقبة السلوك الجماعي في البلازما المزدوجة". "لهذا السبب كانت خطوة مهمة بالنسبة لنا أن نفكر في الأمر كمشكلة مشتركة للخلق والمراقبة، مع إدراك أن الطريقة الممتازة للمراقبة تسهل الظروف المتعلقة بما يجب إنتاجه وتقودنا إلى منشأة أكثر عملية."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
