داخل المصنع الوحيد في العالم لتصادم المادة المضادة عالية الطاقة حيث يصنع العلماء المادة الأكثر تفجيرًا في الكون لفهم سبب وجودنا

• CERN هو المكان الوحيد على الأرض الذي يصنع جسيمات المادة المضادة من خلال الاصطدامات عالية الطاقة.

• فقط كمية ضئيلة من المادة المضادة قادرة على توليد انفجار مكافئ للقنبلة النووية.

• لحسن الحظ ، ليس هناك ما يكفي من المال أو الوقت لإنتاج ما يكفي من المادة المضادة لهذا النوع من القنبلة.

CERN هو أكبر مختبر لفيزياء الجسيمات على وجه الأرض. يبدو مصنع المادة المضادة الخاص بها متواضعًا من الخارج وليس مكانًا قد تفكر فيه بالبحث عن أكثر المواد المتفجرة في الكون.

تتكون المادة المضادة من جسيمات أولية مطابقة للمادة العادية ، باستثناء الشحنة الكهربائية المعاكسة. عندما يتلامس الاثنان ، يهلكان ويتحولان إلى طاقة. غرام واحد فقط من المادة المضادة يمكن أن يحدث انفجارًا مكافئًا لقنبلة نووية.

المصادر: LiveScience، Symmetry

من الناحية النظرية ، خلق الانفجار العظيم المادة والمادة المضادة بكميات متساوية ، وهو ما كان يجب أن يتسبب في إبادة كلا النوعين من المادة لبعضهما البعض تمامًا. لكننا نعيش في كون مصنوع بالكامل تقريبًا من مادة عادية.

المصدر: مختبر Brookhaven الوطني

في مصنع CERN للمادة المضادة ، يصنع الفيزيائيون البروتونات المضادة والهيدروجين المضاد لدراسة خصائصها والمساعدة في الإجابة على الأسئلة الأساسية حول أصل الكون ولماذا نوجد في المقام الأول.

لإنشاء جسيمات المادة المضادة ، يبدأ الفيزيائيون باستخدام Proton Synchrotron Booster ، الموضح هنا ، والذي يوفر شعاعًا متسارعًا من حوالي 10 تريليون بروتون منتظم إلى Proton Synchrotron.

المصدر: CERN، Google

يعمل البروتون السنكروترون على تسريع الحزمة على طول مسارها الدائري البالغ طوله 628 مترًا ، كما هو موضح هنا ، ويضربها في كتلة مكونة في الغالب من العنصر الكيميائي إيريديوم. يتفاعل شعاع البروتون مع الإيريديوم ، وينتج حوالي أربعة بروتونات مضادة لكل تصادم في المليون. لكن لا يزال أمام جسيمات المادة المضادة طريق طويل لتقطعه من هنا.

المصدر: CERN

يتم بعد ذلك إدخال البروتونات المضادة النشطة والفوضوية في مبطئ البروتون المضاد ، والذي يستخدم مغناطيسات قوية ، كما هو موضح هنا باللون الأزرق ، لإبطاء البروتونات المضادة وتوجيهها حول حلقة مبطئ البروتون المضاد.

المصدر: CERN

تدخل البروتونات المضادة بعد ذلك مغناطيسًا رباعي الأضلاع ، مثل الأحمر الموضح هنا ، والذي يضغطهم معًا ، ضد رغبتهم الطبيعية في صد بعضهم البعض.

المصدر: CERN

تعمل حلقة البروتون المضادة منخفضة الطاقة ، الموضحة هنا ، على تقليل سرعة البروتونات المضادة – إلى حوالي 1.5٪ من سرعة الضوء – مما يساعد الفيزيائيين على احتجاز جسيمات المادة المضادة.

المصدر: CERN

تتضمن إحدى المراحل النهائية لإنتاج المادة المضادة الفراغ ، وإلا فإن أي مادة مضادة ستباد عندما تلامس مادة عادية. يسخن هذا القسم من حجرة التفريغ إلى حوالي 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت) لإزالة الغاز وبخار الماء ، مما يترك فراغًا شبه مثالي في منتصف الغرفة.

المصدر: فيزيائي وخبير في المادة المضادة في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية ، ساميد محمد

يراقب مقياس الضغط ظروف الفراغ لتجنب مواجهة المادة والمادة المضادة. ولكن حتى لو كان هناك مثل هذا اللقاء ، فإن هذه التجارب تنتج مثل هذه الكميات الصغيرة التي تستغرق 10 تريليون سنة لإنتاج 0.25 جرامًا فقط من المادة المضادة ، وهي الكمية اللازمة لصنع “قنبلة المادة المضادة” النظرية.

المصدر: ساميد محمد

يتم تبريد مصائد الكتابة ، مثل تلك الموضحة هنا ، إلى درجة حرارة الصفر المطلق تقريبًا وتستخدم فراغًا شديدًا ومجالًا كهرومغناطيسيًا لاحتجاز البروتونات المضادة والإلكترونات المضادة – اللبنات الأساسية للهيدروجين المضاد.

المصدر: Science

تحتوي مصائد القلم على رقائق رقيقة للغاية ، يبلغ سمكها حوالي 1.5 ميكرومتر ، والتي تبطئ وتلتقط البروتونات المضادة المرسلة من حلقة ELENA. قبل تثبيت ELENA في 2018 للمساعدة في إبطاء البروتونات المضادة بشكل أكبر ، التقطت CERN أقل من 1٪ من البروتونات المضادة التي أنتجتها. الآن ، يلتقط ما يصل إلى 70٪.

المصادر: سيرن ، ساميد محمد

بعد أن تعمل ELANA على إبطائها ، تشق البروتونات المضادة طريقها إلى تجارب مختلفة في مصنع المادة المضادة. تستخدم تجربة AEgIS ، على سبيل المثال ، مصيدة إنتاج الهيدروجين المضاد ، الموضحة هنا ، مع مغناطيس قوي على كل جانب لالتقاط المادة المضادة. ثم يلاحظ الفيزيائيون تأثير الجاذبية عليه.

المصدر: CERN

تجربة أخرى ، تسمى ASACUSA ، تختبر النظرية القائلة بأن البروتونات المضادة لها نفس كتلة البروتونات العادية ، وفقًا لنظرية CPT (تناظر الشحنة والتكافؤ وانعكاس الوقت).

المصادر: سيرن ، جامعة أكسفورد

في المنطقة التجريبية لـ ALPHA ، تساعد المغناطيسات فائقة التوصيل المليئة بالهيليوم السائل على حبس الجسيمات المضادة. في عام 2011 ، نجحت تجربة ألفا في سيرن في تخزين 309 ذرات هيدروجين مضاد ، مع بقاء بعض الذرات محاصرة لما يقرب من 17 دقيقة ، وهو ما وصفه أحد علماء الفيزياء في ذلك الوقت “إلى الأبد”.

المصادر: CERN، UC Berkeley

ومع ذلك ، فإن المادة المضادة مكلفة للغاية وغير فعالة في الإنتاج. سيكلف صنع جرام واحد من المادة المضادة ما يقدر بنحو 62.5 تريليون دولار. هذا هو السبب في أن CERN تصنع مثل هذه الكمية المحدودة – أقل من 10 نانوجرام في المجموع منذ أن بدأت إنتاج المادة المضادة في عام 1995.

المصادر: NASA، CERN

ساعد سميد محمد ، الفيزيائي الذي يعمل على إنتاج المادة المضادة في CERN ، في الحصول على مصادر الصور والمعلومات في هذه القصة.

اقرأ المقال الأصلي على موقع Business Insider