بيرن، سويسرا — توصل العلماء إلى اكتشاف رئيسي حول المادة المضادة، وهي مادة غامضة كانت متوفرة بكثرة عندما بدأ الكون.
والمادة المضادة هي عكس المادة التي تتكون منها النجوم والكواكب.
كلاهما تم خلقهما بكميات متساوية في الانفجار الكبير الذي شكل كوننا. ورغم أن المادة موجودة في كل مكان، إلا أنه من الصعب الآن العثور على نقيضها.
وقد اكتشفت الدراسة الأخيرة أن الاثنين يستجيبان للجاذبية بنفس الطريقة.
لسنوات عديدة، كان الفيزيائيون يسعون جاهدين لاكتشاف الاختلافات والتشابهات بينهما، لشرح كيفية نشوء الكون.
إن اكتشاف أن المادة المضادة ارتفعت استجابة للجاذبية، بدلًا من السقوط، كان من شأنه أن ينفجر عما نعرفه عن الفيزياء.
لقد أكدوا الآن ولأول مرة أن ذرات المادة المضادة تسقط للأسفل. ولكن بعيدًا عن كونه طريقًا مسدودًا علميًا، فإن هذا يفتح الأبواب أمام تجارب ونظريات جديدة. هل يسقط بنفس السرعة مثلا؟
خلال الانفجار الكبير، كان من المفترض أن تتحد المادة والمادة المضادة ويلغيان بعضهما البعض، ولم يتبقا سوى الضوء. لماذا لم يفعلوا ذلك هو أحد ألغاز الفيزياء العظيمة وكشف الاختلافات بين الاثنين هو مفتاح حلها.
بطريقة ما، تغلبت المادة على المادة المضادة في تلك اللحظات الأولى من الخلق. إن كيفية استجابتها للجاذبية قد تحمل المفتاح، وفقًا للدكتور دانييل هودجكينسون، عضو فريق البحث في سيرن في سويسرا، أكبر مختبر لفيزياء الجسيمات في العالم.
قالت لي: “نحن لا نفهم كيف أصبح كوننا خاضعًا لهيمنة المادة، وهذا ما يحفز تجاربنا”.
معظم المادة المضادة لا توجد إلا بشكل عابر في الكون، لأجزاء من الثواني. لذا، لإجراء التجارب، كان فريق سيرن بحاجة إلى جعله في شكل مستقر وطويل الأمد.
أمضى البروفيسور جيفري هانجست 30 عامًا في بناء منشأة لبناء آلاف ذرات المادة المضادة من الجسيمات دون الذرية، واحتجازها ثم إسقاطها.
قال لي: “المادة المضادة هي أروع الأشياء وأكثرها غموضًا التي يمكنك تخيلها”.
قال لي البروفيسور هانجست: “بقدر ما نفهم، يمكنك بناء كون مثل عالمنا تمامًا معك ومعي، مصنوع من المادة المضادة فقط”.
“هذا مجرد ملهم للمعالجة؛ إنها واحدة من أهم الأسئلة المفتوحة حول ماهية هذه الأشياء وكيف تتصرف.
لنبدأ بماهية المادة: كل شيء في عالمنا يتكون منها، من جزيئات صغيرة تسمى الذرات.
أبسط ذرة هي الهيدروجين. وهو ما تتكون منه الشمس في الغالب. تتكون ذرة الهيدروجين من بروتون موجب الشحنة في الوسط وإلكترون سالب يدور حولها.
أما بالنسبة للمادة المضادة، فإن الشحنات الكهربائية تكون على العكس من ذلك.
خذ الهيدروجين المضاد، وهو نسخة المادة المضادة من الهيدروجين، المستخدم في تجارب سيرن. يحتوي على بروتون سالب الشحنة (البروتون المضاد) في المنتصف ونسخة موجبة من الإلكترون (البوزيترون) تدور حوله.
يتم إنتاج هذه البروتونات المضادة عن طريق تصادم الجزيئات معًا في مسرعات سيرن. يصلون إلى مختبر المادة المضادة عبر الأنابيب بسرعات قريبة من سرعة الضوء. وهذا سريع جدًا بحيث لا يمكن للباحثين التحكم فيه.
الخطوة الأولى هي إبطائها، وهو ما يفعله الباحثون عن طريق إرسالهم حول حلقة. وهذا يسحب طاقتهم، حتى يتحركوا بوتيرة أكثر سهولة.
يتم بعد ذلك إرسال البروتونات المضادة والبوزيترونات إلى مغناطيس عملاق، حيث يختلطان لتكوين آلاف ذرات الهيدروجين المضاد.
يقوم المغناطيس بإنشاء حقل يحبس الهيدروجين المضاد. إذا لمست جانب الحاوية، فسيتم تدميرها على الفور، لأن المادة المضادة لا يمكنها البقاء على قيد الحياة عند الاتصال بعالمنا.
عندما يتم إيقاف تشغيل الحقل، يتم إطلاق ذرات الهيدروجين المضاد. ثم تكتشف أجهزة الاستشعار ما إذا كانت قد سقطت لأعلى أو لأسفل.
وقد توقع بعض المنظرين أن المادة المضادة قد تسقط، على الرغم من أن معظمهم، وأبرزهم ألبرت أينشتاين في نظريته النسبية العامة منذ أكثر من مائة عام، يقولون إنها يجب أن تتصرف تمامًا مثل المادة، وتسقط إلى الأسفل.
وقد أكد الباحثون في سيرن الآن، وبأعلى درجة من اليقين حتى الآن، أن أينشتاين كان على حق.
لكن عدم سقوط المادة المضادة للأعلى، لا يعني أنها تسقط بنفس معدل سقوط المادة.
بالنسبة للخطوات التالية في البحث، يقوم الفريق بتحديث تجربته لجعلها أكثر حساسية، لمعرفة ما إذا كان هناك اختلاف طفيف في معدل سقوط المادة المضادة.
إذا كان الأمر كذلك، فإنه يمكن أن يجيب على واحد من أكبر الأسئلة على الإطلاق، كيف جاء الكون إلى الوجود. وقد نشرت النتائج في مجلة الطبيعة. – بي بي سي
