يقترب الفيزيائيون في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) من تفسير لماذا نعيش في كون من المادة وليس المادة المضادة.
مسألة و المادة المضادة وجهان لعملة واحدة. كل نوع من الجسيمات له جسيم مضاد ، وهو ما يعادله ويقابله. على سبيل المثال ، مكافئ المادة المضادة لشحنة سالبة الشحنة إلكترون هو بوزيترون موجب الشحنة.
ال النموذج القياسي من الفيزياء يخبرنا أنه إذا استبدلنا جسيمًا بجسيمه المضاد ، فيجب أن يظل يعمل ضمن قوانين الفيزياء بنفس الطريقة. على هذا النحو ، فإن الانفجار العظيم لا ينبغي أن يكون لديه تفضيل لإنشاء نوع على آخر – هذا التناظر في قلب الطبيعة يعني أن المادة والمادة المضادة يجب أن تتشكل بكميات متساوية في الانفجار العظيم.
متعلق ب: 10 ألغاز كونية يمكن أن يكشفها مصادم الهادرونات الكبير
لحسن حظنا ، لا يبدو أن هذا هو الحال ، لأنه عندما تضع المادة والمادة المضادة معًا ، تكون النتيجة متفجرة على أقل تقدير. لو تم تصنيع المادة والمادة المضادة بكميات متساوية ، لكانوا قد أبادوا بعضهم البعض ، وخلقوا كونًا مليئًا ببحر من الإشعاع ، لا ذرات ولا حياة. اليوم ، المادة المضادة الوحيدة هي تلك التي تنتج في تحلل الجسيمات وتفاعلاتها.
ومع ذلك ، لا يزال علماء الفيزياء ليس لديهم تفسير لماذا نحن محظوظون جدًا. حقيقة وجود فائض من المادة في الكون تعني أنه ، في مكان ما على طول الخط ، تم كسر التناظر في الطريقة التي تتفاعل بها المادة والمادة المضادة مع قوانين الفيزياء.
يطلق الفيزيائيون على كسر التناظر هذا “انتهاك تكافؤ اقتران الشحنة (CP)”. طريقة واحدة لتصور ذلك هو النظر في التناظر الدوراني للجسيم. ترى نظرية فيزياء الكم أن الجسيمات ليست أجسامًا صلبة بل أجسامًا صغيرة غريبة تعمل مثل الموجات على طول “وظيفة الموجة”. عادة ، عندما تقوم بتدوير هذه الدالة الموجية حول 360 درجة ، يجب ألا تتغير خصائص الجسيم. ولكن عندما يكون هناك انتهاك للـ CP ، يمكن أن تتغير خصائص بعض الجسيمات – على سبيل المثال ، يمكن أن يتغير دورانها الكمومي من 1/2 إلى -1 / 2.
من المعروف أن انتهاك CP يحدث في قوة ضعيفة، وهي القوة الأساسية المسؤولة عن الاضمحلال الإشعاعي داخل الذرات ، لذلك نعلم أنه يمكن أن يحدث (على الرغم من أن مثال القوة الضعيفة هو انتهاك مختلف لـ CP عن ذلك الذي قد يكون سببًا في عدم توازن المادة والمادة المضادة). ومع ذلك ، في عام 2013 ، اكتشف العلماء الذين يعملون في تجربة LHCb (LHC-beauty) أيضًا انتهاك CP في اضمحلال “ميزونات الجمال” و “ميزونات الجمال الغريبة” ، حيث تتصرف المادة والمادة المضادة من هذه الجسيمات بشكل مختلف عندما تتحلل. .
الذرات في أجسادنا مصنوعة من البروتونات و النيوترونات، والتي هي نفسها مصنوعة من ثلاث جسيمات أصغر تسمى جسيمات دون الذرية. يطلق الفيزيائيون على الجسيمات المكونة من ثلاثة كواركات “باريونات”. تسمى الجسيمات المكونة من كواركين (كوارك واحد وكوارك مضاد واحد) “ميزونات” ، وهي تميل إلى الانحلال بسرعة. “الجمال” هو اسم آخر للكوارك “السفلي” ، بينما الغريب يشير إلى الكوارك “الغريب”. (الأسماء هي فقط لأغراض وصفية للتمييز بين الكواركات بخصائص مختلفة قليلاً ولا يجب أخذها حرفيًا).
الآن ، تم قياس تحليل النتائج الجديدة والأكثر شمولاً من تجربة LHCb بشكل أكثر دقة من أي وقت مضى ، أهم معلمتين في الانحلال الذي يخالف CP لهذه الميزونات.
قال المتحدث باسم LHCb كريس باركس في إفادة.
من خلال التحقق من اضمحلال ما يقرب من 349000 ميزون ، قام فريق LHCb بقياس الزاوية التي تنبعث منها الجسيمات التي تأتي من اضمحلال الميزونات ، والوقت الذي تستغرقه الميزونات لتتحلل. تختلف كلتا الخاصيتين ، اعتمادًا على ما إذا كان الميزون مادة أو جسيم مادة مضادة.
على وجه الخصوص ، يعتمد الوقت الذي يستغرقه الميزون في الانحلال (والذي يكون بمقياس أعشار النانو ثانية) على الحالة الكمومية للميزون.
قصص ذات الصلة:
– كيف يعمل مطياف ألفا المغناطيسي الذي يصطاد المادة المضادة (رسم بياني)
– ما مقدار المادة المظلمة في الكون؟
– يمكن أن توجد النجوم المصنوعة من المادة المضادة في مجرة درب التبانة
لاحظت التجارب أن الميزونات قادرة على التأرجح بين المادة وحالات المادة المضادة ، والتي لها كتل مختلفة قليلاً. هذا بسبب وجود الميزونات في حالة “الاختلاط”: فهي مزيج من المادة وحالات المادة المضادة ، مما يسمح لها بالتأرجح ذهابًا وإيابًا بين تلك الحالات.
مع حدوث التذبذبات ، يمكن أن تتداخل الوظائف الموجية للحالتين مع بعضها البعض ، مثل التداخل البناء / المدمر للضوء في المشهور. تجربة الشق المزدوج. يعتمد وقت الاضمحلال بشدة على كتل الحالات الكمومية ومقدار التداخل بينها ، مما ينتج عنه نمط مميز لانتهاك CP في اضمحلال الميزون.
قال باركس: “يتم تفسير هذه القياسات ضمن نظريتنا الأساسية لفيزياء الجسيمات ، النموذج القياسي ، مما يحسن الدقة التي يمكننا من خلالها تحديد الفرق بين سلوك المادة والمادة المضادة”. “من خلال قياسات أكثر دقة ، تم إجراء تحسينات كبيرة في معرفتنا.”
تمكن فريق LHCb من قياس هذه الخصائص بدقة غير مسبوقة. على الرغم من أن اضمحلال الميزونات لن يجيب بشكل كامل عن سبب وجود مادة أكثر من المادة المضادة في الكون ، فإن فهم انتهاك تناسق CP في قلب تحللها سيساعد في تقييد النماذج التي تحاول تفسير هذا التباين الغريب ، والذي يعمل بقوة في بداية الزمن لخلق كون تهيمن عليه المادة.
تابع كيث كوبر على تويتر تضمين التغريدة. تابعنا على تويتر تضمين التغريدة أو على فيسبوك.