المادة المضادة لا تسقط، تجربة CERN تكشف - عالم الفيزياء

المادة المضادة لا تسقط، تجربة CERN تكشف - عالم الفيزياء

الطابع الزمني: 27 سبتمبر 2023 11:30 صباحًا

وميض برميل
النزول إلى الأسفل: يتم تجميع البرميل الوامض لـ ALPHA-g في CERN. (مجاملة: سيرن)

المادة المضادة لا "تسقط"، بل تستجيب لجاذبية الأرض بنفس الطريقة التي تستجيب بها المادة العادية. هذا هو استنتاج الفيزيائيين الذين يعملون على ألفا-ز تجربة في CERN، الذين قاموا بأول ملاحظة مباشرة لذرات المادة المضادة التي تسقط سقوطًا حرًا.

تساعد التجربة في استبعاد فكرة أن الاختلاف في استجاباتهم للجاذبية مسؤول بطريقة ما عن حقيقة وجود مادة أكثر بكثير من المادة المضادة في الكون المرئي. ومع ذلك، فإن القياس لا يزال يترك الباب مفتوحًا أمام احتمال محير، ولكنه غير مرجح جدًا، وهو أن المادة المضادة والمادة تتفاعلان بشكل مختلف قليلاً مع الجاذبية.

تم التنبؤ بالمادة المضادة لأول مرة في عام 1928، وبعد أربع سنوات تم رصد أول جسيمات المادة المضادة – الإلكترونات المضادة، أو البوزيترونات – في المختبر. تبدو جسيمات المادة المضادة متطابقة مع نظيراتها من المادة، ولكن مع عكس شحنتها وتكافؤها وزمنها. حتى الآن، تشير الدراسات التي أجريت على الجسيمات المضادة إلى أن لها نفس كتلة نظيراتها، وأنها تستجيب للجاذبية بنفس الطريقة.

نفى عن الأنظار

يشير هذا التشابه إلى أنه كان من المفترض أن يتم إنتاج المادة المضادة بنفس كمية المادة أثناء الانفجار الكبير. وهذا يتعارض مع ما نعرفه عن الكون المرئي، والذي يبدو أنه يحتوي على مادة أكثر بكثير من المادة المضادة. ونتيجة لذلك، يبحث الفيزيائيون عن طرق خفية تختلف بها المادة المضادة عن المادة، لأن العثور على مثل هذه الاختلافات يمكن أن يساعد في تفسير سبب هيمنة المادة على المادة المضادة.

تشير القياسات غير المباشرة لتأثير الجاذبية على المادة المضادة إلى أن المادة والمادة المضادة يستجيبان بنفس الطريقة للجاذبية. ومع ذلك، فإن صعوبات العمل مع المادة المضادة تعني أنه لم يتم إجراء مراقبة مباشرة للمادة المضادة التي تسقط بحرية تحت جاذبية الأرض.

في حين أنه يمكن تصنيع المادة المضادة في المختبر، إلا أنها ستفنى عند ملامستها للمادة في جهاز تجريبي. لذلك يجب توخي الحذر الشديد لتجميع ما يكفي من المادة المضادة لإجراء تجربة. على مدار العقد الماضي، أتقن فريق ALPHA في CERN الاحتجاز المغناطيسي للمادة المضادة تحت فراغ عالٍ لتقليل الفناء. الآن، قاموا بإنشاء مصيدة داخل غرفة مفرغة أسطوانية طويلة تسمى ALPHA-g، والتي تسمح لهم بمراقبة ما إذا كانت المادة المضادة تسقط للأسفل أو للأعلى.

تتضمن تجربتهم ملء الغرفة بذرات الهيدروجين المضاد، والتي تشتمل كل منها على بروتون مضاد وبوزيترون. يتم جمع البوزيترونات من مصدر مشع ويتم إنشاء البروتونات المضادة عن طريق إطلاق البروتونات على هدف صلب. يتم إبطاء كلا النوعين من الجسيمات المضادة بعناية شديدة ثم يتم دمجهما لتكوين الهيدروجين المضاد.

الهروب من الفخ

تبدأ تجربة ALPHA-g بالهيدروجين المضاد المحصور مغناطيسيًا في وسط الأسطوانة. ثم يتم الضغط على حقل الاصطياد، بحيث تبدأ الذرات المضادة في الهروب من الفخ. يضرب هؤلاء الهاربون جدران الغرفة، حيث يؤدي الإبادة إلى إنشاء وميض من الضوء داخل كاشف التلألؤ. لاحظ الفريق حوالي 80% من عمليات الإبادة أسفل مركز المصيدة، مما يشير إلى أن الذرات المضادة تقع تحت الجاذبية بمجرد إطلاقها من المصيدة. تم تأكيد ذلك من خلال تكرار التجربة أكثر من اثنتي عشرة مرة. لم يلاحظ الفريق 100% من الذرات المضادة وهي تتحرك إلى الأسفل لأن الحركة الحرارية للجسيمات أرسلت بعضها إلى الأعلى فتفنت قبل أن تتمكن من التراجع مرة أخرى - يوضح المتحدث باسم ALPHA-g جيفري هانجست، الذي يعمل في جامعة آرهوس في الدنمارك. قال هانجست عالم الفيزياء أن التجربة متسقة مع سقوط الهيدروجين المضاد.

ومع ذلك، وجد ALPHA-g أن الذرات المضادة شهدت تسارعًا بسبب جاذبية الأرض يبلغ حوالي 0.75 من ذلك الذي تشهده المادة العادية. على الرغم من أن هذا القياس له أهمية إحصائية منخفضة، إلا أنه يوفر أملًا محيرًا في أن يتمكن الفيزيائيون قريبًا من اكتشاف فرق بين المادة والمادة المضادة، مما قد يشير إلى فيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي.

جراهام شور تقول جامعة سوانسي في المملكة المتحدة عالم الفيزياء أنه لا ينبغي تفسير نتيجة ALPHA-g كدليل على أن المادة المضادة تستجيب بشكل مختلف عن المادة في مجال الجاذبية الأرضية.

يوضح شور: "إن أي قياس لـ [التناقض] سيكون غير متوقع إلى حد كبير، وربما يشير إلى نوع جديد من قوة الجاذبية، ربما الجرافيفتون، ولكن من الصعب أن نرى كيف يمكن أن يظل هذا مخفيًا عن تجارب الجاذبية الدقيقة على المادة". ، الذي لم يشارك في تجربة ALPHA-g.

ومع ذلك، سيتعين علينا انتظار المزيد من البيانات من التجربة لأنه تم تفكيك ALPHA-g وتم وضع تجربة التحليل الطيفي مكانها في CERN. يقوم هانجست وزملاؤه حاليًا بإصلاح عيب تصميمي معروف في مغناطيس في ALPHA-g ويعملون على اكتشاف كيفية تبريد ذرات الهيدروجين المضاد بالليزر لتحسين أداء التجربة.

تم وصف البحث في الطبيعة.

الطابع الزمني:

اكثر من عالم الفيزياء