بقلم ويل دنهام
(رويترز) – في عالم سلسلة أفلام “ستار تريك”، تنطلق المركبة الفضائية إنتربرايز عبر الفضاء باستخدام محرك ملتوي يستغل المادة المضادة. ويكفي أن نقول إن هذه التكنولوجيا لا تزال في عالم الخيال العلمي.
لكن العلماء يخطون خطوات مهمة نحو فهم أفضل للمادة المضادة. قال باحثون يوم الأربعاء إنهم أثبتوا لأول مرة أن المادة المضادة تستجيب للجاذبية بنفس الطريقة التي تستجيب بها المادة – بالسقوط، كما هو متوقع – في تجربة دعمت مرة أخرى نظرية النسبية العامة التي وضعها عالم الفيزياء ألبرت أينشتاين.
كل الأشياء التي نعرفها – الكواكب، والنجوم، وكلاب البودل، والمصاصات – مصنوعة من مادة عادية.
المادة المضادة هي التوأم الغامض للمادة العادية، التي تمتلك نفس الكتلة ولكن بشحنة كهربائية معاكسة. تحتوي جميع الجسيمات دون الذرية تقريبًا، مثل الإلكترونات والبروتونات، على نظير من المادة المضادة. في حين أن الإلكترونات مشحونة بشحنة سالبة، فإن الإلكترونات المضادة، والتي تسمى أيضًا البوزيترونات، تكون مشحونة بشكل إيجابي. وبالمثل، في حين أن البروتونات مشحونة بشحنة موجبة، فإن البروتونات المضادة لها شحنة سالبة.
في ظل النظرية الحالية، كان من المفترض أن يكون انفجار الانفجار الكبير الذي بدأ الكون قد أنتج كميات متساوية من المادة والمادة المضادة. ومع ذلك، لا يبدو أن هذا هو الحال. يبدو أن هناك القليل جدًا من المادة المضادة، ولا يوجد أي منها تقريبًا على الأرض. والأكثر من ذلك، أن المادة والمادة المضادة غير متوافقين. وإذا لمست، فإنها تنفجر، وهي ظاهرة تسمى الإبادة.
تم إجراء التجربة في المركز الأوروبي للأبحاث النووية (CERN) في سويسرا من قبل باحثين من التعاون الدولي لجهاز فيزياء الليزر المضاد للهيدروجين (ALPHA). لقد اشتملت على نظير المادة المضادة للهيدروجين، وهو أخف العناصر.
وقال الفيزيائي جوناثان ورتيلي من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، المؤلف المشارك: “على الأرض، معظم المادة المضادة التي تحدث بشكل طبيعي يتم إنتاجها من الأشعة الكونية – وهي جسيمات نشطة من الفضاء – التي تصطدم بالذرات في الهواء وتخلق أزواجًا من المادة المضادة”. من الدراسة المنشورة في مجلة الطبيعة.
تستمر هذه المادة المضادة التي تم إنشاؤها حديثًا فقط حتى تصطدم بذرة مادة عادية في الغلاف الجوي السفلي. ومع ذلك، يمكن تصنيع المادة المضادة تحت ظروف خاضعة للرقابة، كما هو الحال في تجربة ALPHA، والتي استخدمت الهيدروجين المضاد الذي تم إنشاؤه في CERN.
تم احتواء الهيدروجين المضاد داخل حجرة مفرغة أسطوانية ومحاصرًا بمجالات مغناطيسية في الأعلى والأسفل. قام الباحثون بتقليل المجالات المغناطيسية لتحرير المادة المضادة من أجل ملاحظة ما إذا كانت ستسقط بمجرد ظهور تأثير الجاذبية أم لا. لقد فعلت ذلك، حيث تتصرف مثل الهيدروجين في نفس الظروف.
“تم التنبؤ بهذه النتيجة من خلال النظرية، والتجارب غير المباشرة التي اعتمدت على ظواهر خفية. لكن لم تقم أي مجموعة على الإطلاق بإجراء تجربة مباشرة تم فيها إسقاط المادة المضادة ببساطة لمعرفة الاتجاه الذي ستسقط فيه،” جويل فيزيائي من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومؤلف مشارك في الدراسة. قال فاجانس.
وأضاف ورتيلي: “تستبعد تجربتنا النظريات الأخرى التي تتطلب صعود المادة المضادة -“الجاذبية المضادة” – في مجال الجاذبية الأرضية”.
وبينما ابتكر أينشتاين نظريته في النسبية العامة – وهي تفسير شامل للجاذبية – قبل اكتشاف المادة المضادة في عام 1932، فقد تعامل مع كل المادة بالتكافؤ، مما يعني أنه من المتوقع أن تستجيب المادة المضادة بنفس الطريقة لقوى الجاذبية مثل المادة.
ولكن ماذا لو تحدت المادة المضادة التوقعات؟
وقال الفيزيائي والمؤلف المشارك في الدراسة ويليام بيرتشي من جامعة مانشستر في إنجلترا، والذي يجري تجارب في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ويعمل كنائب للمتحدث الرسمي باسم المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية: “كان من الممكن أن تكون هذه مفاجأة هائلة، لأنها ستكون متناقضة بشكل كبير مع العديد من النظريات”. تعاون ألفا.
وأضاف بيرتشي: “أعتقد أن هذا دليل على قوة النسبية العامة ومبادئ تكافؤها”.
لا يزال العلماء في حيرة من أمرهم إزاء ندرة المادة المضادة في الكون المرئي. على سبيل المثال، لا يوجد أي مؤشر على وجود مجرات مصنوعة من المادة المضادة.
وقال ورتيلي: “إن الغياب شبه الكامل للمادة المضادة الموجودة بشكل طبيعي هو أحد الأسئلة الكبرى التي تواجه الفيزياء”.
من خلال إظهار أن المادة المضادة والمادة تنجذبان بفعل الجاذبية، استبعدت التجربة أحد التفسيرات المحتملة لندرة المادة المضادة، وهو أن المادة تنافرت بفعل الجاذبية أثناء الانفجار الكبير.
وقال فاجانز: “مهما كانت النظرية جميلة، فإن الفيزياء هي علم تجريبي”.
(تقرير بقلم ويل دونهام في واشنطن، تحرير روزالبا أوبراين)