اكتب مقالاً عن
تم نقل كمية صغيرة من المادة المضادة إلى الطريق يوم الثلاثاء، وهي المرة الأولى التي يتم فيها نقل أي كمية من أغلى المواد وأكثرها تقلبًا ونادرة في العالم. يفتح هذا الاختراق الباب أمام إمكانيات جديدة لدراسة المادة بعيدة المنال.
المادة المضادة هي صورة طبق الأصل للمادة العادية، فهي تحتوي على شحنة كهربائية معاكسة وخصائص دون ذرية معكوسة. عندما تتلامس المادة والمادة المضادة، فإنهما يفنيان بعضهما البعض ويختفيان في ومضة من الطاقة. ونتيجة لذلك، فإن المادة المضادة هي جوهر أحد أعظم أسرار الكون: كان من المفترض أن يكون الانفجار الأعظم قد خلق كميات متساوية من المادة والمادة المضادة، مما أدى إما إلى كون بلا مادة على الإطلاق بسبب الإبادة الكاملة، أو كون بكميات متساوية من كليهما.
ومع ذلك، فإن الكون يتكون من مادة ولكن لا يوجد تقريبًا أي مادة مضادة، والتي توجد بشكل طبيعي بكميات صغيرة فقط، والتي تنشأ عن الاضمحلال الإشعاعي وتصادمات الأشعة الكونية. يطلق الفيزيائيون على هذه المشكلة اسم عدم تناسق المادة والمادة المضادة. النظرية الحالية هي أن المادة قد تكونت بكميات زائدة قليلاً مقارنة بالمادة المضادة – جسيم مادة إضافي واحد فقط لكل مليار جسيم من المادة المضادة – على الرغم من أن السبب غير معروف.
يمكن أن تساعد دراسة المادة المضادة العلماء على فهم طبيعة عدم التماثل هذا، لكن القيام بذلك ليس بالأمر السهل. تتسبب الأدوات المستخدمة في تصنيع المادة المضادة في حدوث تداخل يعيق دراستها. إن نقل المادة المضادة بعيدًا عن هذا التداخل من شأنه أن يسمح للعلماء بأخذ قياسات المادة بشكل أكثر دقة.
قال ستيفان أولمر، عالم الفيزياء في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، المعروفة أيضًا باسم CERN: “عليك أن تفكر في هذه القياسات على أنها تشبه إلى حد ما الفحص المجهري”. تم نقل المادة المضادة في مرافق CERN بالقرب من جنيف، وهو موقع أكبر مختبر فيزياء الجسيمات في العالم.
“المنشأة التي نعمل فيها تنتج تقلبات. إنه يشبه إلى حد ما النظر من خلال المجهر، والجسم الذي تنظر إليه يهتز نوعًا ما، وبالتالي تصبح الصورة ضبابية. إن نقل الجزيئات خارج هذه البيئة سيمكننا من الحصول على صور أكثر وضوحًا.”
ونقلت شاحنة الحمولة الثمينة على طريق طوله 10 كيلومترات (6 أميال) داخل CERN، واستغرقت حوالي 30 دقيقة ووصلت إلى سرعة قصوى تبلغ 29 ميلاً في الساعة (47 كيلومترًا في الساعة)، وفقًا لأولمر. نجحت الحاوية المصممة خصيصًا، والتي تزن حوالي 1760 رطلاً (800 كجم) ويبلغ طولها حوالي 6 أقدام (180 سم)، في حمل حمولة مكونة من 92 بروتونًا مضادًا أثناء الرحلة.
لدى CERN حاليًا العديد من تجارب المادة المضادة، كل منها ينتج نوعًا مختلفًا من الجسيمات المضادة. تجربة تماثل باريون الباريون المضاد أو BASE، التي تركز على البروتونات المضادة، هي التي نقلت المادة.
يقوم الباحثون بتصنيع البروتونات المضادة عن طريق تحطيم البروتونات العادية التي تقترب من سرعة الضوء ضد كتلة مصنوعة من معدن يسمى الإيريديوم. وينتج عن هذا الاصطدام عدة جسيمات ثانوية، بما في ذلك البروتونات المضادة، والتي يتم بعد ذلك إبطاؤها بعناية باستخدام أدوات أخرى، مما يجعلها متاحة للمراقبة.
تجربة BASE قادرة بالفعل على قياس كتلة البروتون المضاد بدرجة عالية من الدقة، وهو أمر مفيد لمقارنة البروتونات والبروتونات المضادة. حتى الآن، لم تظهر أي اختلافات كبيرة بين الجزيئين، ولكن القياس الأكثر دقة يمكن أن يكشف عن اختلافات دقيقة ويساعد في الإجابة على الأسئلة الأساسية حول طبيعة المادة المضادة والكون نفسه.
عادة، يتم تخزين البروتونات المضادة في آلات كبيرة تسمى Penning traps والتي تزن عدة أطنان، لذلك قام فريق BASE ببناء نسخة محمولة يمكن وضعها على شاحنة. تشتمل هذه الآلة على مغناطيس فائق التوصيل، يعمل عند درجة حرارة -470 درجة فهرنهايت (ناقص 268 درجة مئوية)، إلى جانب مصادر الطاقة ومعدات أخرى لمراقبة استقرار المادة المضادة.
احتجزت المصيدة 92 بروتونًا مضادًا في الفراغ، حيث أن أي اتصال مع الهواء سيؤدي إلى إبادتها. قال أولمر: “الفراغ الموجود في فخنا يقع تحت ضغط أفضل من الضغط الموجود في الوسط بين النجمي، بصراحة، إنه أفضل فراغ على الأرض”.
وحتى لو تم طمس المادة المضادة، فإن ذلك لم يكن ليشكل أي خطر بسبب الكمية الصغيرة. وقال أولمر: “إذا تم تدمير هذه الأشياء، فإنها تنتج جرعة إشعاعية أقل بكثير من الجرعة الإشعاعية التي تحصل عليها بمجرد المشي على سطح الأرض عبر الإشعاع الكوني”، مضيفًا أن تدميرها كان من الممكن أن يكون عبارة عن “ومض من الجسيمات المشحونة”.
أظهر الاختبار أن المادة المضادة يمكن نقلها، وعلى وجه التحديد، أن اهتزازات الشاحنة لا تزعج الفراغ. وقال أولمر إن الخطوة التالية هي نقل عدد أكبر من البروتونات المضادة وبناء البنية التحتية اللازمة لدراستها في مكان آخر. تستهدف CERN منشأتين، واحدة في الموقع وعلى بعد 3 أميال (5 كيلومترات) فقط من تجربة BASE، وأخرى في مدينة دوسلدورف الألمانية، على بعد 430 ميلاً (حوالي 700 كيلومتر).
يمكن أن تساعد دراسة المادة المضادة في حل تناقض واضح في فهمنا للكون، لكن في الوقت الحالي، يعد CERN المختبر الوحيد في العالم الذي يمكن فيه إنتاج وتراكم المادة المضادة بكميات كبيرة، وفقًا لجنادي بوريسوف، أستاذ الفيزياء في جامعة لانكستر في إنجلترا.
وأضاف بوريسوف، الذي يشارك في تجربة ATLAS في CERN، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “في حين أن هذا يجعلها مركزًا عالميًا لمثل هذه الأبحاث، فإن دراسة الجسيمات المضادة في بيئات متنوعة تتطلب تطوير تقنيات قوية لنقل المادة المضادة لمسافات طويلة”. “تمثل التجربة الناجحة الأخيرة في هذا المجال علامة فارقة حاسمة. وبمرور الوقت، ستؤدي القدرة على تحريك المادة المضادة إلى توسيع قدراتنا البحثية بشكل كبير وتسمح بمقارنة النتائج بين المختبرات المتخصصة.”
هناك دافع آخر لدراسة المادة المضادة وهو أن نظير المادة المضادة للإلكترون، البوزيترون، له تطبيقات مهمة كأداة تشخيصية في الطب وعلوم المواد، كما قال مايكل تشارلتون، أستاذ فخري للفيزياء التجريبية في جامعة سوانسي في ويلز، وهو عضو في تجربة ألفا في CERN.
تعني تجربة CERN أنه يمكن نقل البروتونات المضادة عبر أوروبا، إن لم يكن أبعد من ذلك، لدراستها في مختبرات خارجية. وقال تشارلتون في رسالة بالبريد الإلكتروني: “هذا يفتح إمكانية إتاحة المادة المضادة للدراسة لمجتمع أكبر بكثير، وليس فقط لأولئك القادرين على إجراء تجارب في CERN”.
“سيعني ذلك أن جيلًا جديدًا تمامًا من العلماء سيكون لديه إمكانية العمل على المادة المضادة، وهذا لا يمكن إلا أن يكون جيدًا لتحقيق التقدم”.
قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
باللغة العربية لتسهيل قراءته. حدّد المحتوى باستخدام عناوين أو عناوين فرعية مناسبة (h1، h2، h3، h4، h5، h6) واجعله فريدًا. احذف العنوان. يجب أن يكون المقال فريدًا فقط، ولا أريد إضافة أي معلومات إضافية أو نص جاهز، مثل: “هذه المقالة عبارة عن إعادة صياغة”: أو “هذا المحتوى عبارة عن إعادة صياغة”:
