في صباح يوم الأربعاء (27 سبتمبر)، أعلن فريق دولي من الفيزيائيين عن اكتشاف مهم حول شكل بعيد المنال من المادة يُعرف باسم المادة المضادة. يبدو أن المادة المضادة تستجيب للجاذبية بنفس الطريقة التي تستجيب بها المادة العادية.
تمثل هذه النتيجة أول ملاحظة مباشرة على الإطلاق للسقوط الحر المادة المضادة، حيث تتكون الذرات من بروتونات مضادة بدلاً من البروتونات وإلكترونات مضادة (بوزيترونات) بدلاً من الإلكترونات. البروتونات المضادة مشحونة بشكل سلبي بشكل أساسي البروتونات (البروتونات موجبة في ذرات المادة العادية) والبوزيترونات عبارة عن إلكترونات موجبة الشحنة (الإلكترونات سالبة في المادة العادية) الذرات). نعم، هذا غريب.
وبشكل أكثر تحديدًا فيما يتعلق بالقصة الأخيرة، أثبت إنجاز الفريق في النهاية أن الهيدروجين المضاد الذري على وجه الخصوص – المكون من بروتون مضاد واحد في المركز مع بوزيترون موجب الشحنة يدور حوله – يتم سحبه إلى الأسفل بسبب جاذبية بدلًا من الأعلى كما قد تتوقع مع شكل المادة الذي يظهر على أنه “عكس” المادة العادية، والتي، كما نعلم، تسقط إلى الأسفل مع الجاذبية أيضًا.
علاوة على ذلك، بعد ما يقرب من ثلاثة عقود من إنشاء الهيدروجين المضاد لأول مرة في المختبر، يعد الانتصار العلمي اليوم تأكيدًا آخر على وجود الهيدروجين المضاد النظرية النسبية العامة لأينشتاينوالتي تتنبأ بأن جميع الكتل، بغض النظر عن الاختلافات في بنيتها الداخلية، تتفاعل مع الجاذبية بطريقة مماثلة.
“إذا مشيت في قاعات هذا القسم وسألت الفيزيائيين، فسيقولون جميعًا أن هذه النتيجة ليست مفاجئة على الإطلاق. هذه هي الحقيقة،” جوناثان ورتيلي، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي والذي اقترح لأول مرة وقال المؤلف المشارك في الدراسة الجديدة، إن التجربة التي أجريت منذ أكثر من عقد من الزمن إفادة. “لكن معظمهم سيقولون أيضًا أنه كان لا بد من إجراء التجربة لأنه لا يمكنك التأكد أبدًا”.
متعلق ب: ربما يقترب مصادم الهادرونات الكبير من المادة المضادة المفقودة في الكون
الاستيلاء على الصغر
قام ورتيلي وفريقه بإنشاء وحصر ودراسة جزيئات الهيدروجين المضاد في المركز الأوروبي للأبحاث النووية (المعروف اختصارًا بالفرنسية، CERN). وتم احتجاز الجسيمات داخل ما كان في الأساس عبارة عن زجاجة مغناطيسية، حيث يحتوي كلا طرفيها على مجالات مغناطيسية يمكن التحكم فيها. ولرؤية تأثيرات الجاذبية، وهي الأضعف بين القوى الأربع المعروفة، على جزيئات الهيدروجين المضاد، قام الباحثون بتقليل عدد حقل مغناطيسي القوة في كل نهاية للسماح للجزيئات بالهروب.
عندما تجول كل جسيم إلى أعلى أو أسفل الزجاجة المغناطيسية، انطلق في ومضة. بعد ذلك، قام الباحثون بإحصاء تلك الومضات ووجدوا أن عددًا أكبر من الومضات قد تجول في قاع الزجاجة مقارنة بالجزء العلوي. في الواقع، تصرف 80% منهم بهذه الطريقة، وقد صدقت هذه النتيجة على عشرات من تكرارات التجربة. ووفقا للدراسة الجديدة، فقد أثبت ذلك بشكل قاطع أن الجاذبية تتسبب في سقوط الهيدروجين المضاد إلى الأسفل.
“هذا يعطينا مفتاحًا تجريبيًا قويًا يسمح لنا، بشكل أساسي، بالاعتقاد بأن التجربة نجحت بالفعل لأننا نستطيع أن نثبت لأنفسنا أننا نستطيع التحكم في التجربة بطريقة يمكن التنبؤ بها،” جويل فاجانز، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي وزميله في الدراسة. -قال مؤلف الدراسة الجديدة في إفادة.
ووجد الفريق أيضًا أن تسارع جاذبية الهيدروجين المضاد كان قريبًا من تسارع المادة العادية، وهو 9.8 متر (32 قدمًا) في الثانية المربعة. ويقول الباحثون إنه من المتوقع أن تنطبق هذه النتيجة على جزيئات المادة المضادة الأخرى أيضًا.
قال فاجانز لموقع Space.com في رسالة بالبريد الإلكتروني: “سيكون الأمر مفاجئًا بشكل مضاعف إذا لم يكن هذا صحيحًا (أولاً، سقوط شيء ما، وثانيًا وجود اختلاف مع الهيدروجين المضاد).”
ومع ذلك، على الرغم من أن النتائج الأخيرة تستبعد النظريات التي تفترض المادة المضادة تصدها الجاذبية، فقط القياسات الأكثر دقة هي التي ستحدد ما إذا كان هناك أي اختلاف في قوة الجاذبية على المادة المضادة مقارنة بالمادة.
ومع ذلك، ومن خلال تحقيق أول ملاحظة مباشرة لتأثيرات الجاذبية على الهيدروجين المضاد، يمثل الباحثون بداية السعي التفصيلي والمباشر لطبيعة الجاذبية للمادة المضادة، والتي لا تزال نادرة بشكل محير في الفضاء. الكون.
إذا كانت المادة والمادة المضادة تتصرفان بشكل متشابه، فأين المادة المضادة المفقودة في الكون؟
وهذا لا يزال سؤالا مفتوحا.
أثناء ال الانفجار العظيميُعتقد أن الكون كان غنيًا بأزواج من المادة وجسيمات المادة المضادة، حيث تعتبر الأخيرة مرآة للمادة حيث تتمتع جزيئاتها بنفس الكتلة باستثناء شحنة كهربائية معاكسة. إذا تلامست جزيئات المادة والمادة المضادة، فإنها تمسح بعضها البعض في وميض عنيف يترك وراءه طاقة نقية، لذلك يتم دائمًا إنشاء وتدمير جزيئات المادة والمادة المضادة في أزواج.
قصص ذات الصلة:
– كيف يعمل مطياف ألفا المغناطيسي لصيد المادة المضادة (رسم بياني)
– ما هي نسبة المادة المظلمة في الكون؟
– النجوم المصنوعة من المادة المضادة يمكن أن توجد في مجرة درب التبانة
من الناحية النظرية، هذا يعني أن الكون لا ينبغي أن يحتوي إلا على بقايا الطاقة، على الأقل وفقًا لنظرية الكون النموذج القياسي في فيزياء الجسيمات التي تحدد فهمنا الحالي الأفضل لكيفية تصرف الجسيمات الأساسية في ظل تلك القوى الأربع المذكورة أعلاه. ولكن، تم كسر هذا التماثل في وقت ما خلال تطور الكون بحيث نرى بوضوح المادة تهيمن على الكون المرئي. وهذا ببساطة يتجاوز ما يمكن أن يفسره النموذج القياسي. وهكذا، فإن العمليات التي قلبت الموازين بحيث لم يبق سوى القليل من المادة المضادة لا تزال مجهولة حتى الآن.
قال فاجانز لموقع Space.com في رسالة بالبريد الإلكتروني: “لسوء الحظ، نظرًا لأن إجاباتنا تتوافق مع النسبية العامة، فإنها لا تلقي أي ضوء على ندرة المادة المضادة”. وأضاف فاجانز أنه يتوقع إمكانية تحسين دقة التجربة الحالية بعامل 100 في المستقبل. “قد يؤدي هذا إلى شيء جديد، لكن بالطبع ليس لدينا أي فكرة حتى الآن عما إذا كان الأمر كذلك. سيقول معظم الناس إنه غير مرجح، لكنه لا يزال يستحق المتابعة”.
ال الموجودات تم نشرها بواسطة جهاز فيزياء الليزر المضاد للهيدروجين (ALPHA) في CERN يوم الأربعاء (27 سبتمبر) في مجلة Nature.