تكشف النتائج التجريبية عن فرق غير مسبوق بين المادة والمادة المضادة
أعلن فيزيائيو الجسيمات من إنجلترا وأجزاء مختلفة من العالم من تجربة BABAR في مركز ستانفورد للمعجل الخطي (SLAC) في الولايات المتحدة في 2 أغسطس عن نتائج جديدة مثيرة توضح اختلافًا كبيرًا بين سلوك المادة والمادة المضادة. قد يساعد اكتشافهم في تفسير حقيقة أن كوننا يحتوي في الغالب على مادة ولا يتكون من كميات متساوية من المادة والمادة المضادة.
يقوم مسرع PEP 2 الخاص بـ SLAC بتصادم الإلكترونات وجسيماتها المضادة، البوزيترونات. يؤدي تصادم الجسيمات والجسيمات المضادة إلى إنشاء وابل من أزواج الجسيمات الثقيلة والغريبة، المعروفة باسم الميزونات B والميزونات المضادة لـ B. وتعيش هذه الجسيمات النادرة لفترة قصيرة جدًا، وسرعان ما تتحلل إلى جسيمات دون ذرية أخرى أخف منها، مثل الكاونات والبيونات، والتي يمكن اكتشافها في تجربة بابار.
"إذا لم يكن هناك فرق بين المادة والمادة المضادة، فإن جسيماتهم B والجسيمات المضادة ستضمحل بنفس الطريقة تمامًا. ومع ذلك، فإن قياساتنا الجديدة تظهر مثالاً على اختلاف كبير في معدلات الاضمحلال بين المغذيات B والمغذيات المضادة لـ B،" قال المتحدث باسم تجربة BABAR مارسيلو جيورجي من SLAC وجامعة بيزا وINFN.
من خلال فحص اضمحلال أكثر من 200 مليون زوج من المواد B والمواد المضادة B، اكتشف الباحثون عدم تناسق مذهل بين المادة والمادة المضادة. وأوضح جيورجي: "لقد وجدنا 910 حالة يتحلل فيها الطعام B إلى كاون وبيون، ولكن 696 حالة فقط يتحلل فيها الطعام المضاد B". "إن القياسات الجديدة هي بالتأكيد نتيجة للتشغيل المتميز لمسرع PEP 2 الخاص بـ SLAC والكفاءة الكبيرة لكاشف BABAR. يعمل المسرع الآن بكفاءة أكبر بثلاث مرات من تصميمه الأصلي، ويتمكن كاشف BABAR من تسجيل حوالي 98% من الاصطدامات بين الجزيئات.
على الرغم من أن BABAR وتجارب أخرى قد اكتشفت سابقًا عدم تناسق بين المادة والمادة المضادة، إلا أن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف مثل هذا الاختلاف بمجرد حساب عدد اضمحلال المادة B والمادة المضادة إلى نفس الحالة النهائية. يُعرف هذا التأثير باسم "انتهاك CP المباشر" (Charge Parity Violation Direct)، وقد تم اكتشافه بمعدل 13%. ويحدث تأثير مماثل في اضمحلال الكاونات والكاونات المضادة، ولكن بمعدل 4 أجزاء فقط في المليون!
"هذه علامة قوية ومقنعة على انتهاك CP المباشر في اضمحلال B، وهو نوع من عدم التماثل بين المادة والمادة المضادة، تم التنبؤ به نظريًا ولكن لم يتم ملاحظته تجريبيًا حتى الآن. وبمساعدة هذا الاكتشاف، يبدأ النمط الكامل لعدم التماثل بين المادة والمادة المضادة في أن يصبح واضحًا ويتجمع في صورة كاملة. قال كريستوس تورامانيس من جامعة ليفربول: "أنا متحمس للغاية وسعيد لأن أحد طلابي في مرحلة ما بعد الدكتوراه، كارلوس تشافيز، الذي يعمل الآن في SLAC، شارك بشكل مباشر في هذا الاكتشاف".
ويضيف دان بورمان، عضو فريق بابار من إمبريال كوليدج: "عندما بدأ الكون بالانفجار الكبير، تم خلق المادة والمادة المضادة بكميات متساوية. ومع ذلك، تشير جميع الملاحظات إلى أننا نعيش في عالم المادة. إذا كان الأمر كذلك، فإننا نتساءل، ماذا حدث للمادة المضادة؟ إن العمل في بابار يجعلنا أقرب إلى الإجابة على هذا السؤال."
من المؤكد أن الاختلافات الصغيرة بين سلوك المادة والمادة المضادة هي المسؤولة عن عدم التوازن بين المادة والمادة المضادة الذي تطور في عالمنا. ومع ذلك، فإن معرفتنا الحالية بهذه الاختلافات غير كاملة وغير كافية لمراعاة التفوق الواضح للمادة. إن ظاهرة انتهاك الشحنة CP هي إحدى الحالات الثلاثة التي وصفها الفيزيائي الروسي أندريه ساخاروف بأنها سبب الخلل الواضح بين المادة والمادة المضادة في عالمنا.
وقال البروفيسور إيان هاليداي، مدير مجلس أبحاث فيزياء الجسيمات وعلم الفلك، الذي يمول مشاركة الفريق الإنجليزي في تجربة بابار: "ما زلنا لا نفهم بشكل كامل كيف تطور عالم المادة الذي نعيش فيه. ومع ذلك، فإن النتائج الجديدة المدعومة بقياسات إضافية في بابار وتجارب أخرى حول العالم قد ساهمت بشكل كبير في تطوير فهمنا للموضوع. لا يزال هناك الكثير لنتعلمه ونكتشفه في هذا المجال الأساسي."
ترجم:
دكلا أورن
اعرف المزيد:
ما هو انتهاك CP؟
المقال العلمي عن نتائج التجربة
البيان الصحفي من مجلس أبحاث فيزياء الجسيمات وعلم الفلك
