أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
فيزياءفيزياء نظريةميكانيكا الكم

مصنع ضديد المادة على وشك أن يحل أعظم لغز في الكون

لماذا هناك شيء بدلًا من لا شيء؟ ها نحن أخيرًا نصنع ضديدات مادةٍ بكميات كافية لاستخلاص إجابة – وقد تكشف الجانب المعتم من الكون

بقلم:     ريتشارد ويب

ترجمة: أ. د. محمد قيصرون ميرزا

لا شك في أن الانفجار الكبير Big bang رائع، بطريقة حارة نوعًا ما. فهو بداية كل شيء، ليخرج الفضاء والزمن والمادة والطاقة إلى الوجود من رأس دبوس ذي كثافة وحرارة لا نهائيين. وينطلق الفضاء مبتعدًا عن ذاته بسرعة تفوق سرعة الضوء، ولربما حتى صناعة الكون المتعدد Multiverse.

غير أن الثانية التالية مباشرة لا تحصل على نصف الاهتمام، ولعل السبب أنه عندها لا يحدث أي شيء على الإطلاق. سمّها ضديد اللحظة.

إنها اللحظة التي ظهرت فيها المادة بفعل الانفجار الكبير فجأة، وبشكل غير قابل للتفسير، وفشلت بالقدر نفسه من الفجاءة وعدم القابلية للتفسير في أن تختفي من الوجود. واللحظة التي لم تتوقف فيها المادة من أن تبقى متوفرة لتوليد نجوم ومجرات وكواكب، وكميات غير ممكن تقديرها من الأسئلة التي تستجوب الحياة؛ في عالَم واحد على الأقل، بعض الفيزيائيين المحرجين جدا قد تنبؤوا بهذا تماما. وتقول كلوي مالبرونوت  Chloe Malbrunot، من مختبر فيزياء الجسيمات سيرن (اختصارًا: المختبر CERN)، قرب جنيف في سويسرا: “حقيقة أننا موجودون في عالم تسيطر عليه المادة هي حقيقة غير مفهومة على الإطلاق، لأن النظرية تقول إنه لا يجب أن نكون هنا “.

وبعد عقود من محاولة فهم سبب وجودنا هنا، يمكننا الآن أن نقترب من تحقيق تقدم على جبهات متعددة. ومن المحتمل أن الجواب ليس هو الذي فكرنا فيه  بالبداية. بل إن هناك احتمالًا ضئيلًا أن يفسر ليس ما حدث بعد الانفجار الكبير فقط بل كثيرًا من أسرار كوننا اليوم مثل طبيعة المادة المعتمة Dark matter والطاقة المعتمة Dark energy. ويقول جيفري هانغست Jeffrey Hangst من مختبر سيرن: “إننا بحاجة إلى تجربة واحدة فقط لإحداث ثورة في فهمنا، وهذا ما يجعلها في غاية الروعة “.

وفي صميم هذه القصة، فمن المحتمل أن يقع أغرب شيء في الفيزياء – ضديد المادة Antimatter. فقد تخيلها الفيزيائي بول ديراك Paul Dirac تخيلًا نظريًا عام 1928 ليكتشف آخرون لاحقًا أنها حقيقية. ويمثل ضديد المادة جهدًا متكررًا للطبيعة يثير الحيرة: عالَم موازٍ من مادة تبدو كأنها مادة عادية تمامًا، إلا أن شحنتها معاكسة وتتصرف مثل صورة المادة في المرآة. (انظر: ما  ضديد المادة؟).

غير أن هذا ليس أغرب شيء. ويقول هانغست: “إن جانب الخيال العلمي في الموضوع هو في أنه لا يمكن لهذين الشيئين أن يكونا موجودين معا”. فعند التقاء ضديد المادة بتوأمه من المادة، فإنها ” تفنى” Annihilate في نفخة من ضوء وطاقة.

إن معرفة ما يجعل ضديد المادة مختلفًا هو المفتاح لمعرفة سبب وجودنا هنا”

وهذا يغدو مشكلة كبيرة إذا عدنا إلى الانفجار الكبير قبل 13.8 بليون سنة. إذ يستند النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات Standard model of particle physics، وهو أفضل نظرياتنا حول المادة وعملها، إلى  نظريات مجالات الكم Quantum field theories التي طورها ديراك وكثيرون غيره. فهو يصف فضاءً حاليا كفراغٍ كمي Quantum vacuum من جسيمات وضديداتها  تظهر كأزواج، ويتنبأ بثقة بأن الانفجار الكبير أنتج كميات متساوية من المادة وضديدات المادة التي كان من الممكن أن تنغمس في دورات متكررة من الإفناء والظهور حتى لا يعود بإمكان الكون المتمدد الذي يبرد مع الوقت توفير الطاقة اللازمة لهذا الغرض، وعندها… لم يحدث الكثير. وبالتأكيد، فشل الكون المكون من النجوم والمجرات والكواكب في الظهور إلى الوجود.

 

ما هو ضديد المادة؟

أبسط تعريف لضديد المادة هو أنه مثل جسيم مادة ماعدا أن له شحنة معاكسة. ولذا يكون للإلكترون Electron المعروف مثلًا ذي الشحنة 1- ضديد مكافئ يدعى بوزيترون Positron له شحنة 1+. العامل الذي يُعقد الأمر هو أن كلمة “شحنة” Charge لا تعني الشحنة الكهربائية المعهودة  فقط. إذ يشمل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ثلاث قوى أساسية: الكهرومغناطيسية Electromagnetism، والقوتين النووية القوية والضعيفة Strong and Weak nuclear forces، واللتين تحكمان تفاعلات الكواركات Quarks داخل البروتونات Protons والنيوترونات Neutrons وتحولات مثل تحلل بيتا Radioactive beta decay، على الترتيب. ولكلٍ من هذه القوى شحنة مرتبطة بها، وجسيمات ضديد مادة لها قيم معاكسة لهذه الشحنات أيضًا. كما أنه ليس لكل جسيمٍ ضديدُ مادة مكافئ له. فالجسيمات التي تسمى بوزونات Bosons تبث تأثيرات Influences بدلًا من أن تستجيب لتأثيرات. وتميل هذه الجسيمات إلى أن تكون ضديدات نفسها. وتشمل هذه الفئة الفوتونات Photons وبوزونات هيغز Higgs boson المانحة للكتلة. وحتى يومنا هذا لم يتمكن أحد من إثبات ما إذا كانت النيوترينواتNeutrinos ، وهي جسيمات المادة الأكثر مراوغة، تختلف عن زوجها ضديد النيوترينو أم أنها الشيء نفسه.

غير أن الاعتراض الوحيد على ذلك الذي نحتاج إلى تقديمه هو حقيقة وجودنا للتعجب من هذا التنبؤ. فنحن كائنات مكونة من مادة ونعيش في عالم مادي، بينما ضديد المادة لا يعدو أن يكون لاعبًا ثانويًا أبديًا. (انظر: ضديد مادة مألوف). وأحد الحلول المتحفظة هو أن ضديد المادة لم يختفِ بل مختبئ في مناطق نائية جدًا من الكون المشكّل كليا منها. وتكمن المعضلة في أنك ستتمكن من رؤية الوصلات: وصلات طويلة ورقيقة من أشعة غاما Gamma-ray نتجت من فناء المادة وضديدها أينما تم الالتقاء. ويقول ماركو غرسبك Marco Gersabeck من جامعة مانشستر University of Manchester في المملكة المتحدة وعضو التجربة LHCb في المختبر CERN: ” لم نرَ قطّ أي إشارة مثل هذه من أي مكان”.

وقبل أكثر من نصف قرن أعطى اكتشاف ظاهرة أطلق عليها خرق تناظر الشحنة السوية CP violation (اختصارا: الظاهرة CP) لمحة إلى بديل محتمل. وكانت الفكرة أنه، بما أن المادة وضديدها مجرد نسخ معكوسة من بعضها، فلو استبدلت الجسيمات بضديداتها في أي عملية – وكسرت من ثم تناظر الشحنة، أي التناظر “C” – بينما في الوقت نفسه إلى الأشياء عبر مرآة، كاسرًا تناظر المساواة (Parity) “P”؛ لتصرفت الجسيمات تمامًا كما لو أنك لم تقم بأي من هذه الأشياء.

وفي عام 1964 بينت أبحاث حول جسيمات تسمى كاونات Kaons وضديداتها بأن الوضع لم يكن كذلك. إذ لم يصمد التناظر المثالي للظاهرة CP، وكذلك الصورة الساذجة التي تصف المادة وضديدها بأنهما انعكاسان تامّان لبعضهما. وقد أثار هذا المزيد من الأسئلة. وتتساءل تارا شيرز Tara Shears من جامعة ليفربول University of Liverpool في المملكة المتحدة والتجربة LHCb “ما الذي يجعل ضديد المادة مختلفًا؟ هل تختلف بعض الأنواع أكثر من الأخرى، ولماذا هذه هي الحال؟ وهل هناك أنواع أخرى من ضديد المادة، تتعلق بنوع جديد من المادة التي لم نكتشفها بعد؟”. والإجابة عن هذه الأسئلة هو المفتاح تفسير وجودنا الفيزيائي.

لقد وجد الباحثون النظريون لاحقًا أنه يمكن تفسير خرق الظاهرة CP بين الكاونات إذا كان هناك ثلاثة جسيمات ثقيلة غير معروفة تعرقلها. وقد عثر على هذه الجسيمات الثلاثة، الجسيم القعريBottom  والساحر Charm والقميTop ، وصار وجودها إضافة إلى خرق الظاهرة CP دعامة أساسية للنموذج القياسي.

وتوفر هذه الجسيمات أيضا مصدرًا جديدًا لخرق الظاهرة CP. فخلال نصف القرن الجاري قسنا كل المصادر الرئيسة المتوقعة مع قياس التجربة LHCb لآخر كوارك ساحر Charm quark العام الماضي فقط. ويقول غيرسبيك: ” الآن يبدو الأمر برمته مفهومًا تمامًا، وكل شيء على ما يرام”.

غير أن هناك مشكلة واحدة فقط. إذ تدلنا أنماط في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي Cosmic microwave background، وهو الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير إضافة إلى حسابات أعداد المجرات التي يجب أن تكون موجودة على عدم التوازن بين المادة وضديدها الذي نحتاج إليه لتفسير سيطرة المادة الحالي. وهو ضئيل – جزء من البليون، إلا أن خرق الظاهرة CP الذي وجدناه حتى الآن لا يكفي حتى لواحد من البليون من ذلك.

أمنيات بعيدة المنال

لعل هناك مصادر مجهولة لاختراق الظاهرة CP. وفي عام 2017 وجدت التجربة LHCb لمحة لم تكن متوقعة لهذا التأثير بين النسخ الأثقل من البروتونات والنيوترونات. وإذا كانت الجسيمات المراوغة والمعروفة بالنيوترينوات Neutrinos  هي ضديدة ذاتها، فإن هذا سيسمح لعمليات نادرة جدًا بأن تؤمن مصدرًا إضافيًا لعدم التناظر Asymmetry.

لكنه يبدو أن توقع أن تكون تأثيرات ضئيلة غير مؤكدة كهذه كافية لتعليل التيار الجارف من التناقضات هو أمنية بعيد المنال. وهنا تواجه مشكلة ضديد المادة صعوبة أكبر في الفيزياء الأساسية. ويقول غيرسبيك: ” لقد وجدنا حتى الآن جميع جسيمات النموذج القياسي ويبدو أنه قادر على تفسير كل شيء، بما في ذلك خرق الظاهرة CP. غير أنه وفي الوقت نفسه، نحن نعلم بأن هذا غير صحيح وأن هناك أشياء أخرى موجودة “.

أشياء مثل المادة المعتمة، مثلا، ذلك الكيان الغامض الذي يشكل معظم مادة الجاذبية Gravitating matter في الكون. وقد كان أحد أسباب تصميم مصادم الهادرون الكبيرLarge Hadron Collider  (اختصارًا: المصادم LHC) في المختبر CERN لصناعة جسيمات مادة معتمة من خلال تصادماته عالية الطاقة. غير أنه لم يجد شيئًا آخر سوى  بوزون هيغز، الجسيم المانح للكتلة المُكتشف في عام 2012.

والآلة حاليًا في إجازة تفرغ حتى عام 2021 للعمل على رفع قدرتها في زيادة عدد التصادمات التي تستطيع توليدها. وعند بدء العمل ستوفر القياسات الدقيقة للعمليات النادرة التي تختص بها التجربة LHCb فرصة لحل مشكلات ضديد المادة والمادة المعتمة – ليس عن طريق صناعة جسيمات جديدة بل بقياس تأثيرها الشبحي Ghostly influence في الجسيمات المعروفة أصلًا.

وهذه الفيزياء مماثلة ليدٍ تبحث في رفٍ لا يمكنك رؤية ما عليه. ويقول غيرسبيك: “يمكننا أن نحصل من بعض هذه القياسات على مقاييس كتل أكبر بمئة أو ألف مرة لجسيمات افتراضية لا يمكن للتجربةLHC  إنتاجها مباشرة. إنها أداة بحث قوية جدًا لتغطية مجال واسع”.

الأمل بأن تكون هذه الجسيمات الأثقل مصدرًا لخرق الظاهرة CP، وفي الواقع مكررة الحيلة التي حلت مسألة الكاون. غير أنه لا يوجد ضمان لهذا. ويقول غيرسبيك: ” لدينا بعض التلميحات هنا وهناك لأشياء قد تحدث، لكن لا شيء مؤكدًا”.

على بعد بضع كيلومترات إلى الغرب تراهن مالبرونوت وهانغست  وغيرهما على أسلوب مغاير. فبدلًا من البحث عن فيزياء جديدة عند مستويات الطاقة العالية يقول هانغست: “قررنا أن نبحث بدقة كبيرة عن أشياء نعتقد أننا نفهمها، ونتحقق فيما إذا كنا قد أغفلنا شيئًا ما”.

ويتوارى، على جانب طريق موقع المختبر CERN الرئيس، المبنى رقم393 الذي يبدو بوابة غير متوقعة لعالم موازٍ للمادة.  وبجدرانه الرمادية المغطاة بصفائح المعدن المتموج وباب مخزن التوصيل القابل للرفع وموقف السيارات الإسفلتي المحيط به، يعطيه مظهر مبنى مصنع بالٍ من بواقي القرن العشرين. ولا تفضحه إلا لوحة معلقة على المدخل تقول “مصنع ضديد المادة” ANTIMATTER FACTORY.

إنها محاولة تعبر عن طموح قد بدأ يتحقق الآن فقط: لحل لغز ضديد المادة بصناعة كميات كبيرة من ضديد ذرات كاملة. فكل الفروقات بين المادة وضديداتها سببها هو تعاكس شحناتها، فالفكرة تكمن في إلغاء هذه الفروقات بأخذ ضديد مادة متعاكس الشحنة وصناعة ذرات متعادلة منها. فيجب أن تتصرف ذرة ضديد الهيدروجين Antihydrogen، وهي أبسط ضديد ذرة، تمامًا مثل ذرة الهيدروجين التقليدية.

وإذا لم تتصرف كذلك، فإن تناظر الطبيعة الأكثر عمقًا، وهو التناظر CPT، سينكسر. وهذا يضيف انعكاسًا زمنيًا، أو التناظر “T” إلى خليط التناظر CP. وإذا تبادلت الجسيمات الشحنات والاتجاهات في كل من الفضاء والزمن، إذا كان الكون متناظرًا في مرآة تمامًا؛ فيجب أن تتصرف قوانين الفيزياء عندئذ بالطريقة نفسها. وتكمن هذا الفرضية في لب نظريات النسبية Relativity ومجالات الكم التي يرتكز عليها النموذج القياسي. وتقول مالبرونوت: “إذا وجدنا أي اختلاف، فستكون له عواقب مهمة على الفيزياء”.

وتكمن المشكلة في التعامل مع ضديدات المادة في أنها تميل إلى الاختفاء بسرعة. فحتى يكون لدى مصنع ضديد المادة Antimatter Factory أي فرصة عليه أن يعمل بخلاف ما يشتهر به المختبر CERN: إبطاء الجسيمات. تتغذى آلة مكرسة لهذا الغرض، تسمى مبطئ مضاد البروتون Antiproton

Decelerator، بضديد بروتونات حيث يجري تهدئتها حتى تبدأ بإنتاج اتحادات مستقرة مع بوزيترونات،  ومن ثم ذرات ضديد هيدروجين مستقرة.

وقد أنتجت آلة سبقت مبطئ ضديد المادة في المختبر CERN، تعرف بـ لير LEAR، ذرات ضديد هيدروجين عام 1995 لكن بكميات قليلة ولفترة قصيرة جدا. وكانت هذه الذرات تتذبذب بشكل كبير جعل من الصعب إجراء قياسات دقيقة عليها. وتحاول تجربة مالبرونوت التي تدعى آساكوسا ASACUSA، حل هذه المسائل بصناعة حزمة ضديد هيدروجين غير مثارة يمكن دراستها بدفعها بلطف على مسار ضوء ليزر. وقد أعلن هذا التعاون عن أولى إشارات نجاح في عام 2014 – وفقط مؤخرًا، عن نتائج أكثر تأكيدًا. وتقول مالبرونوت: “إننا على وشك أن نثبت أننا نجحنا في تشكيل ضديد الهيدروجين بهذه الطريقة الجديدة”.

ضديد مادة مألوف

ضديد المادة موجود في عالمنا – عليك فقط أن تكون متنبهًا جدًا لتجده. يأخذ ضديد المادة المألوف عادة شكل ضديد الإلكترونات المعروفة بالبوزيترونات، التي تنتج من تحلل بيتا الإشعاعي. وتعيش هذه البوزيترونات حياة انتقالية قبل أن تندثر عند لقاء أول إلكترون تصادفه مولدة طاقة على شكل أشعة غاما. ومثل خروج ألطف الرياح أحيانًا، فإننا جميعا نطلق البوزيترونات العرضية، ويعود الفضل الأكبر لذلك إلى بقايا البوتاسيوم – 40 المشع في أنسجتنا. فتنتج حبة موز متوسطة الحجم ذرة واحدة منها كل 75 دقيقة تقريبا، في حين ينتج عدد أكبر من ذلك بكثير من كيس من المكسرات البرازيلية أو لوح عمل أو حجر أساس من الصوان.     لا يمثل أي من هذا خطرًا علينا، فالطاقة الناتجة من كل عملية فناء تعادل كتلة إلكترونين تماما أو 1.022 ميغا إلكترون فولت Megaelectronvolts – في الوحدات القياسية للطاقات الصغيرة جدًا، فإن هذا أقل بكثير من واحد من المليون من طاقة بعوضة تطير. ويترتب على هذا أن التقنيات اللازمة لدفع البشرية أبعد من ذلك؛ مثل محركات أو صواريخ مصنوعة من ضديد المادة، أو تفنينا عن بكرة أبينا؛ كقنابل ضديد المادة مثلا، ليست بعيدة المنال. فالطاقة الكلية لضديد المادة المستقرة محصورة حتى الآن عبر عقود من التجارب ليست كافية حتى لغلي ماء كوب من الشاي. كما أنك ستحتاج إلى وعاء بعرض نحو مئتي متر لاحتوائها. إذن، ما الفائدة من ضديد المادة؟ هذا أحد الأسئلة المفضلة لدى تارا شيرز Tara Shears من التجربة LHCb في المختبر CERN، فهي تقول: “إن ضديد المادة شيء مبهم فعلًا، أليس كذلك؟ ولعلك لا تتوقع أنه سيساعد على تشخيص مرض السرطان أو أمراض القلب أو أن تكون لها أي فائدة عملية على الإطلاق. إلا أنه مفيد”. فالبوزيترونات هي حرف P في عملية المسح PET والتي تعني التصوير المقطعي بالإصدار البوزيترونيPositron emission tomography . وهنا يمكن للانبعاثات الناتجة من عملية فناء البوزيترونات في المادة المشعة التي يبتلعها المريض أن تضيء جميع أنواع الأضرار الداخلية المحتملة. وتقول شيرز “إن هذا مفيد فعلا”.

خلال ذلك برزت التجربة ALPHA التي يجريها هانغست إلى الواجهة. ومنهجها هو تبريد ذرات ضديد الهيدروجين إلى أقرب ما يمكن من الصفر المطلق وإبقاؤها في حالة معلقة هناك. وأفضل ما توصلت إليه هو احتجاز أكثر من ألف ذرة مرة واحدة. ويقول هانغست: “لن تتمكن أبدًا من صناعة ضديد الهيدروجين، وإذا فعلت، فلن تتمكن أبدًا من احتجازها، وإذا احتجزتها فلن يكون لديك عدد كاف منها أبدًا. والآن لدينا كل هذه الأشياء، إلا أن ذلك استغرق 30 سنة، ونجحت فعلًا في آخر ثلاث سنوات”.

“إذا وجدنا أي اختلاف، فستكون له عواقب مهمة على الفيزياء”

في أواخر عام 2018 نشر فريق التجربة ALPHA أول قياس نسبي لتردد انتقال عالي الدقة بين حالتي بوزيترون في ضديد هيدروجين، محققًا توافقًا مع الهيدروجين بدقة تصل إلى جزأين من الألف تريليون. وقد يبدو هذا كبرهان أكيد على عدم تحقيق أي شيء يذكر؛ لأن انتقالات  الهيدروجين قيست بدقة تفوق ذلك بألف مرة، مما يدل على أنه لا يزال هناك مجال كبير للاختلاف.

 في منتصف فبراير 2020 فقط نشر الفريق  قياسًا لانزياح لامب Lamb shift الضئيل جدًا في ضديد الهيدروجين. و هذا التأثير ينتج بسبب تذبذب الطاقة في الفراغ الكمي، ويفترض أن يكون بالغ الحساسية لأي إشارة عن فيزياء غير معروفة. مرة أخرى، لم يكن هناك أي اختلاف قابل للقياس مقارنة بالهيدروجين، لكن أي تصريح حاسم يتطلب قياسات أكثر حساسية بكثير.

وفي أواخر عام 2018 أوقف تشغيل مبطئ مضاد البروتون ليربط بآلة جديدة تدعى حلقة ضديد البروتون ذي الطاقة المنخفضة جدًا Extra Low Energy Antiproton ring (اختصارًا: الآلة ELENA)، التي ستساعد على المدى البعيد على إبطاء ضديد البروتونات أكثر لكي يزيد العدد الذي تستطيع التجارب التعامل معه بـ 10 أو 100 ضعف. وقد شكل هذا صدمة عنيفة لهانغست، إذ يقول: ” لقد كنّا على وشك معرفة ما نفعل فعلا عندما أوقفونا عن العمل في أسوأ وقت ممكن”.

من المفترض أن يعاد تشغيل الآلة المطورة في أوائل عام 2021، وسيأتي معها ليس فقط قياسات أفضل لضديد الهيدروجين بل الإجابة عن سؤال أكبر – سؤال قد يجعل كل المناقشة السابقة إطالة لا فائدة منه. فهل سيسقط ضديد المادة إلى الأسفل أم إلى الأعلى؟

مرة أخرى، هناك افتراضات قوية. ويقول دراجان هاغوفيتش Dragan Hajdukovic، اختصاصي الفيزياء النظرية من المختبر CERN: ” تعتقد الغالبية العظمى من علماء الفيزياء النظرية، ولعله عدد كبير ليكونوا على صواب، بأن ضديد المادة يسقط بالطريقة نفسها التي تسقط بها المادة”. ولكن إذا تبين أنها بدلا عن ذلك تسقط إلى الأعلى فكل شيء سيكون متاحا للبحث فيه. ويقول هانغست: “إنها ستقلب كل شيء فعلًا رأسًا على عقب منذ بداية الانفجار الكبير”.

فبادئ ذي بدء، هذا يعني أنه من المحتمل أن كل من يسعى إلى تفسير سيطرة المادة في كوننا من خلال كسر التناظرات الأساس سيطارد أشباحًا. فإذا سقطت المادة وضديدات المادة في اتجاهين متعاكسين، فإنها على الأغلب ستتنافر عن بعضها جاذبيًا أيضًا. في هذه الحالة، كان بإمكانها مطاردة بعضها البعض إلى أطراف متقابلة للكون قبل أن تتاح لها الفرصة لإبادة بعضها البعض. ويعود إلى الاعتبار احتمال أن تكون ضديدات المادة مختبئة فقط وتحوم الآن وراء أفق كوننا المرئي. وتقول مالبورنوت: “يمكنك أن تتخيل أن المادة وضديد المادة انفصلا منذ البداية تمامًا بسبب نوع ما من ضديد الجاذبية Antigravity”.

“إذا تبين أن ضديد المادة يسقط إلى الأعلى، فكل شيء نعرفه عن الكون سيكون متاحًا للبحث فيه”

القوة الكهرومغناطيسية أقوى بكثير من الجاذبية على المقاييس الصغيرة، لذلك إذا أردنا قياس الطريقة التي يتجاوب بها ضديد المادة مع الجاذبية فإننا بحاجة إلى يكون ضديد الذرة متعادلًا كهربائيًا. حالما حقق هانغست وفريقه في عام 2018 نجاحًا لحصر ضديد الهيدروجين، بدؤوا  بالعمل لتوجيه جهاز الالتقاط الأفقي عند زوايا قائمة للعمل ككاشف للجاذبية أطلق عليه اسم ألفا – جي ALPHA-G. ويقول هانغست: “لقد عملت خلال تلك الفترة بجهد أكبر من أي وقت مضى في حياتي. إذ بدأنا في شهر مايو 2019 وعملنا سبعة أيام في الأسبوع حتى منتصف شهر نوفمبر 2020″. غير أنه قبل أسبوعين فقط من إجراء أول قياس أغلق الصمام الذي يزود ضديد البروتونات. ويقول هانغست: ” ليست لديك فكرة كم كان هذا محبطًا “.

ليس هانغست الوحيد الذي يتوق إلى عودة ضديد البروتون إلى العمل، والذي يتوقع أن يكون في بداية العام 2021. فكاشف آخر يعمل مالبورونت عليه، يسمى أيغيس AEGIS، وتجربة ثالثة، تسمى جيبار GBAR، يتسارع العمل عليها لتأكيد ما إذا كان ضديد المادة يسقط إلى الأعلى أو الأسفل، وللإجابة أيضًا عن السؤال الأصعب حول ما إذا كانت المادة وضديدها يتأثران بقوة الجاذبية بالشدة نفسها.

وسيكون لأي انحراف عن التوقعات تداعيات هائلة. فقد بيّن هاغوفيتش الكيفية التي يمكن بها وجود شحنتي جاذبية متعاكستين السماح للفراغ الكمي ذاته أن يكون مصدرًا لتأثيرات جاذبية جاذبة وطاردة. وقد يفسر هذا سبب وجود الكثير من المواد الجاذبة التي لا نستطيع رؤيتها، المادة المعتمة Dark matter، وقوة غامضة يبدو أنها تسرع توسع الفضاء الفارغ والتي نسميها بالطاقة معتمة Dark energy.

ويمكن عندئذ أن تكون الثقوب السوداء Black holes التي تمتص المادة هي ثقوب بيضاء White holes تنفث ضديد المادة. يقول هاغوفيتش إنه قد يفسر المصدر الجديد لضديد المادة الزائدة الغريبة للبوزيترونات عالية الطاقة وضديد البروتونات التي نشاهدها في الأشعة الكونية، إضافة إلى النيوترينوات ذات الطاقة العالية جدًا التي رصدها الكاشف آيس كيوب IceCube الموجود في القطب الجنوبي عام 2014 وهي تصدر من مركز مجرتنا .

وقد يعطي وجود قطبي جاذبية متعاكسين مصداقيةً أكبر لفكرة ألا يكون الانفجار الكبير هو الأول بل الأخير في سلسلة من أكوان دورية من مادة وضديد مادة. يقول هاغوفيتش: ” ربما لا تكون تجارب جاذبية ضديد المادة مجرد قياس للتسارع الجاذبي Gravitational acceleration فقط،  فقد تفتح نافذة لفيزياء جديدة ونموذج جديد للكون”.

أو ربما لا يكون ذلك. فقد يؤدي تشغيل المصادم LHC والآلة ELENA المطورين في العام القادم إلى التوصل إلى فهم جديد كليّا عن عمل كوننا والكيفية التي انتهينا بالوجود الفيزيائي فيه. وقد تكون لحظة مخيبة للآمال، والتي تعيدنا إلى بداية الطريق في سعينا إلى فهم الواقع.

هانغست يفكر في الموضوع فلسفيًا ويقول: “هناك احتمال أن تفوز بجائزة نوبل، والاحتمال الآخر أن الناس ستقول لك: حسنًا، لقد حذرناك سابقًا. هذه تجارب صعبة جدًا، وسيكون النجاح مجزيًا بغض النظر عن الإجابة التي تحصل عليها”.

© 2020, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

I agree to these terms.

زر الذهاب إلى الأعلى