قام العلماء بإجراء القياس الأكثر دقة للمادة المضادة حتى الآن ، والنتائج تعمق فقط سر سبب وجود الحياة والكون وكل شيء فيه.
تظهر القياسات الجديدة أنه ، إلى درجة عالية بشكل لا يصدق من الدقة ، فإن المادة المضادة والمادة تتصرف بشكل متطابق.
ومع ذلك ، لا يمكن لهذه القياسات الجديدة أن تجيب على أحد أكبر الأسئلة في الفيزياء: لماذا ، إذا تشكلت أجزاء متساوية من المادة والمادة المضادة خلال الانفجار العظيم ، فهل يتكون عالمنا اليوم من المادة؟
الكون متوازن
يعتمد كوننا على توازن الأضداد. لكل نوع من الجسيمات "العادية" ، المصنوعة من المادة ، يوجد جسيم متقارب من نفس الكتلة له شحنة كهربائية معاكسة تنتج في نفس الوقت. تحتوي الإلكترونات على مضادات الإلكترونات أو البوزيترونات المتعارضة ؛ البروتونات لها مضادات البروتونات. وهكذا.
عندما تلتقي جزيئات المادة والمادة المضادة ، فإنها تقضي على بعضها البعض ، تاركة فقط الطاقة المتبقية. يفترض الفيزيائيون أنه كان ينبغي أن تكون هناك كميات متساوية من المادة والمادة المضادة التي خلقتها الانفجار الكبير ، وكان كل منهما سيضمن التدمير المتبادل للآخر ، تاركًا كون الطفل الصغير مجرّدًا من لبنات بناء الحياة (أو أي شيء ، حقًا). ومع ذلك فنحن هنا في عالم مكون من مادة بالكامل تقريبًا.
لكن إليك القاتل: لا نعرف أي مادة مضادة بدائية جعلتها تخرج من الانفجار العظيم. فلماذا - إذا تصرفت المادة المضادة والمادة بالطريقة نفسها - هل نجا نوع واحد من المادة من الانفجار الكبير وأخرى لم تنجح؟
قال ستيفان أولمر ، الفيزيائي في Riken في Wako ، اليابان ، الذي لم يشارك في الجديد ، إن أحد أفضل الطرق للإجابة على هذا السؤال هو قياس الخصائص الأساسية للمادة ومقارنات المادة المضادة لها بأكبر قدر ممكن من الدقة ومقارنة هذه النتائج. ابحاث. إذا كان هناك انحراف طفيف بين خصائص المادة وخصائص المادة المضادة المرتبطة ، فقد يكون ذلك أول دليل لحل أكبر وحدة فيزيائية للفيزياء. (في عام 2017 ، وجد العلماء بعض الاختلافات الطفيفة في الطريقة التي يتصرف بها شركاء المادة المضادة للمادة ، لكن النتائج لم تكن قوية إحصائيًا بما يكفي للاحتساب على أنها اكتشاف.)
لكن إذا أراد العلماء التلاعب بالمواد المضادة ، فعليهم أن يصنعوها بشق الأنفس. قال جيفري هانجست ، أحد علماء الفيزياء بجامعة آرهوس في الدنمارك ، لـ Live Science: "في السنوات الأخيرة ، أخذ بعض الفيزيائيين بدراسة مضاد الهيدروجين أو نظيره المضاد للهيدروجين ، لأن الهيدروجين" هو أحد الأشياء التي نفهمها بشكل أفضل في الكون. . عادة ما ينطوي صنع مضاد الهيدروجين على خلط 90.000 مضاد بروتون مع 3 ملايين بوزيترون لإنتاج 50.000 ذرة مضادة للهيدروجين ، 20 منها فقط تم التقاطها بمغناطيس في أنبوب أسطواني بطول 11 بوصة (28 سم) لمزيد من الدراسة.
الآن ، في دراسة جديدة نُشرت اليوم (4 أبريل) في مجلة Nature ، حقق فريق Hangst معيارًا غير مسبوق: لقد اتخذوا القياس الأكثر دقة لمضادات الهيدروجين - أو أي نوع من المواد المضادة على الإطلاق - حتى الآن. في 15000 ذرة من الهيدروجين المضاد (فكر في القيام بعملية الخلط المذكورة سابقاً حوالي 750 مرة) ، درسوا تواتر الضوء الذي تصدره الذرات أو تمتصه عندما تقفز من حالة طاقة أقل إلى حالة أعلى.
أظهرت قياسات الباحثين أن مستويات طاقة ذرات الهيدروجين المضاد ، وكمية الضوء الممتص ، تتفق مع نظيراتها الهيدروجينية ، بدقة جزئين لكل تريليون ، مما يحسن بشكل كبير من دقة القياس السابقة بترتيب الأجزاء لكل مليار.
وقال أولمر لـ Live Science: "من النادر جدًا أن يتمكن التجريبيون من زيادة الدقة بعامل 100". ويعتقد أنه إذا استمر فريق Hangst في العمل لمدة 10 إلى 20 عامًا إضافية ، فسيتمكنون من زيادة مستوى دقة التحليل الطيفي للهيدروجين بمقدار عامل إضافي قدره 1000.
بالنسبة لـ Hangst - المتحدث باسم تعاون ALPHA في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، والتي أسفرت عن هذه النتائج - كان هذا الإنجاز عقودًا في طور الإعداد.
وقال هانجست إن حبس المادة المضادة واحتجازها كان إنجازًا كبيرًا.
وقال: "قبل عشرين عامًا ، اعتقد الناس أن هذا لن يحدث أبدًا". "إنها جولة تجريبية القوة لتكون قادرة على القيام بذلك على الإطلاق."
النتائج الجديدة مثيرة للإعجاب للغاية ، قال مايكل دوسر ، الفيزيائي في CERN الذي لم يشارك في العمل ، لـ Live Science في بريد إلكتروني.
وقال دوسر "عدد الذرات المحاصرة لهذا القياس (15000) يعد تحسنا كبيرا في السجلات الخاصة به قبل بضع سنوات فقط."
فماذا حتى يخبرنا القياس الأكثر دقة للمادة المضادة؟ حسنًا ، للأسف ، ليس أكثر مما كنا نعرفه بالفعل. كما هو متوقع ، يتصرف الهيدروجين ومضاد الهيدروجين - المادة والمادة المضادة - بنفس الطريقة. الآن ، نحن نعلم فقط أنها متطابقة عند قياس الأجزاء لكل تريليون. ومع ذلك ، قال أولمر إن القياس المكون من جزأين لكل تريليون لا يستبعد احتمال أن ينحرف شيء ما بين نوعي المادة بمستوى أكبر من الدقة يتحدى حتى الآن القياس.
أما هانغست ، فهو أقل اهتمامًا بالإجابة على السؤال حول سبب وجود كون المادة كما هو بدون المادة المضادة - ما يسميه "الفيل الموجود في الغرفة". بدلاً من ذلك ، يرغب هو ومجموعته في التركيز على إجراء قياسات أكثر دقة ، واستكشاف كيفية تفاعل المادة المضادة مع الجاذبية - هل تسقط مثل المادة الطبيعية ، أو يمكن أن تسقط؟
ويعتقد Hangst أنه يمكن حل اللغز قبل نهاية 2018 ، عندما سيتم إغلاق CERN لمدة عامين للترقيات. قال "لدينا حيل أخرى في جعبتنا". "ترقب."
