لماذا هناك أكثر من المادة المضادة في الكون؟

لماذا نحن موجودون؟ ربما هذا هو السؤال الأعمق الذي قد يبدو تماما خارج نطاق فيزياء الجسيمات الأولية. لكن تجربتنا الجديدة في CERN Large Hadron Collider جعلتنا أقرب إلى الإجابة. لفهم سبب وجودنا ، يجب أن نذهب أولاً قبل 13.8 مليار سنة ، في وقت الانفجار الكبير. أنتج هذا الحدث كمية متساوية من المادة التي نتألف منها ، والمواد المضادة.

ويعتقد أن كل جسيم لديه شريك منالمادة المضادة ، التي تكاد تكون متطابقة لذلك ، ولكن لديه تهمة عكس ذلك. عندما تلتقي الجسيمات والجسيمات المضادة لها ، فإنها تبيد - تختفي في ومضة من الضوء.

أين كل المادة المضادة؟

لماذا هو الكون الذي نراه يتكونكل هذه المسألة هي واحدة من أعظم أسرار الفيزياء الحديثة. إذا كان هناك مرة واحدة كمية مساوية من المادة المضادة ، فإن كل شيء في الكون يفسد. وهكذا ، يبدو أن دراسة نشرت مؤخرًا قد وجدت مصدرًا جديدًا لعدم التناسق بين المادة والمادة المضادة.

كان آرثر شوستر أول من تحدث عن المادة المضادة.في عام 1896 ، ثم في عام 1928 ، أعطاها بول ديراك تبريرا نظريا ، وفي عام 1932 ، اكتشف كارل أندرسون ذلك في شكل مضادات الكترونية ، والتي كانت تسمى البوزيترونات. يولد البوزيترونات في عمليات إشعاعية طبيعية ، على سبيل المثال ، تحلل البوتاسيوم 40. هذا يعني أن الموز العادي (يحتوي على البوتاسيوم) ينبعث من البوزيترون كل 75 دقيقة. ثم يبيد الإلكترونات في المادة ، وينتج عنها الضوء. تنتج التطبيقات الطبية مثل ماسحات التصوير المقطعي المحوسب (PET) أيضًا مواد مضادة للمادة في عملية مماثلة.

اللبنات الرئيسية للمادة منالتي تتكون الذرات ، هي جسيمات أولية - الكواركات واللبتونات. هناك ستة أنواع من الكواركات: العلوية والسفلية والغريبة والساحرة والحقيقية والجميلة. وبالمثل ، هناك ستة لبتون: إلكترون ، وميون ، وتاو ، وثلاثة أنواع من النيوترونات. هناك أيضا نسخ مضادة للمواد من هذه الجسيمات الاثني عشر ، والتي تختلف فقط في شحنتها.

يجب أن تكون جزيئات المادة المضادة من حيث المبدأصورة مرآة مثالية للأقمار الصناعية المعتادة. لكن التجارب تبين أن هذا ليس هو الحال دائما. خذ على سبيل المثال ، جزيئات تُعرف باسم الميزون ، والتي تتكون من كوارك واحد وتاخر واحد. ميزة ميزون محايدة ميزة مذهلة: يمكن أن تتحول تلقائيا إلى مكافحة ميزون والعكس بالعكس. في هذه العملية ، يتحول الكوارك إلى علامة أثرية ، أو يتحول الكوارك إلى كوارك. ومع ذلك ، فقد أظهرت التجارب أن هذا يمكن أن يحدث في كثير من الأحيان في اتجاه واحد أكثر من اتجاه آخر - ونتيجة لذلك تصبح المادة أكثر بمرور الوقت من المادة المضادة.

المرة الثالثة - السحر

بين الجسيمات التي تحتوي على الكواركات ، مثل عدم التناسقاكتشفت فقط في الكواركات غريبة وجميلة - وأصبحت هذه الاكتشافات في غاية الأهمية. سمحت الملاحظة الأولى لعدم التناسق بمشاركة جزيئات غريبة في عام 1964 للمنظرين بالتنبؤ بوجود ستة كواركات - في وقت كان من المعروف أن هناك ثلاثة فقط. كان اكتشاف عدم التناسق في الجزيئات الجميلة في عام 2001 هو التأكيد النهائي على الآلية التي أدت إلى الصورة بستة كواركات. جلب كلا الاكتشافات جوائز نوبل.

يحمل كل من الكواركات الغريبة والجميلةشحنة كهربائية سالبة. كوارك المشحون إيجابيا الوحيد الذي من الناحية النظرية يجب أن تكون قادرة على تشكيل جزيئات يمكن أن تظهر عدم تناسق المادة والمواد المضادة هو سحر. تقترح النظرية أنه يفعل ذلك ، يجب أن يكون تأثيره ضئيلًا ويصعب العثور عليه.

لكن تجربة LHCb في هادرون الكبيرةكان المصادم قادرًا على ملاحظة عدم التماثل في جسيمات تسمى D-mesons ، والتي تتكون من الكواركات المسحورة - لأول مرة. أصبح هذا ممكنًا بفضل العدد غير المسبوق من الجزيئات المسحورة التي تم إنتاجها مباشرةً في التصادم في LHC. وتبين النتيجة أن احتمال أن يكون هذا تقلبًا إحصائيًا هو 50 لكل مليار.

إذا لم يولد هذا التباين من نفسهتظل الآلية نفسها ، التي تؤدي إلى عدم تناسق الكواركات الغريبة والجميلة ، مساحة لمصادر جديدة لعدم تناسق المادة المضادة ، والتي يمكن أن تضيف إلى عدم التماثل العام لتلك الموجودة في الكون. وهذا مهم ، نظرًا لأن العديد من حالات عدم التناسق المعروفة لا يمكنها تفسير سبب وجود الكثير من المواد في الكون. لن يكون الاكتشاف مع الكواركات المسحورة كافياً لملء هذه المشكلة ، ولكن هذا جزء مهم من اللغز في فهم تفاعل الجسيمات الأساسية.

الخطوات التالية

وسيتبع هذا الاكتشاف زيادة في العددالأوراق النظرية التي تساعد في تفسير النتيجة. ولكن الأهم من ذلك ، أنها ستحدد المزيد من الاختبارات لتعميق فهم اكتشافنا - وبعض هذه الاختبارات جارية بالفعل.

في العقد القادم ، ستزيد تجربة LHCb التي تمت ترقيتها من حساسية هذه القياسات. سيتم استكماله بتجربة Belle II في اليابان ، والتي بدأت لتوها في العمل.

المادة المضادة أيضا الأساس لعدد من الآخرينالتجارب. يتم إنتاج كامل الذرات المضادة في CERN Anti-Proton Retarder ، وهي توفر مجموعة متنوعة من القياسات عالية الدقة. تبحث تجربة AMS-2 على متن المحطة الفضائية الدولية عن مادة مضادة من أصل كوني. سيتم تخصيص عدد من التجارب الحالية والمستقبلية لمسألة ما إذا كان هناك تباين في المادة المضادة بين النيوتريونات.

على الرغم من أننا ما زلنا لا نستطيع أن نتفكك بالكاملسر عدم التماثل بين المادة والمادة المضادة ، فتح اكتشافنا الأخير الباب لعصر من القياسات الدقيقة التي قد تكشف عن ظواهر غير معروفة. هناك كل الأسباب للاعتقاد بأن الفيزيائيين يومًا ما سيكونون قادرين على شرح سبب وجودنا هنا على الإطلاق.

أنت لا تعرف لماذا؟ إذا كنت تعرف ، فأخبرنا في غرفة الدردشة في Telegram.