علماء يكتشفون سر وجودنا «المادة المضادة».. أعظم ألغاز الكون

علماء يكتشفون سر وجودنا
«المادة المضادة».. أعظم ألغاز الكون

لعقود عديدة، ظل العلماء حائرين أمام حقيقة لا مفر منها، وهي أن «المادة» و«المادة المضادة» تحطّم كل منهما الأخرى عند اصطدامهما، وهو ما جعلهم يتساءلون عن كيفية بزوغ الحياة، أو الكون أو أي شيء آخر. لكن النتائج الجديدة المستمدة من التجارب التي أجراها فريق دولي من علماء الفيزياء في مختبر مسرع فيرمي الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية تفترض أن المادة تنتصر في نهاية المطاف.

وقد أثبتت التجارب أن هناك فرقا صغيرا - وإن كان معتبرا - قدره واحد في المائة بين «المادة» و«المادة المضادة» الناتجة، وهو ما يعتبر مؤشرا على الكيفية التي بزغ من خلالها وجودنا الذي تسوده المادة.

وقد ظلت «المادة المضادة» لغزا كبيرا أمام علماء الفلك والفيزياء. ومنذ أن سن آينشتاين في العام 1905 قانونه الأشهر E = mc2 (الطاقة = الكتلة× مربع سرعة الضوء)، أدرك العلماء تلك العلاقة الفريدة والشديدة التعقيد التي تربط بين المادة والطاقة، وأن بوسع كل منهما التحول إلى الصورة الأخرى. وأدركوا لاحقا أن تحول المادة إلى طاقة هائلة.

وفي العام 1928، أدخل عالم الفيزياء البريطاني بول ديراك تعديلا على قانون آينشتاين ليفترض (نظريا) أن المادة يمكن أن تكون ذات شحنة سالبة، وليس فقط شحنة موجبة، وحول صيغة معادلة آينشتاين إلى (E = +/-mc2). وافترض ديراك نظريا وجود البوزيترون، وهو جسيم يماثل الإلكترون في الكتلة ويختلف معه في الشحنة. وهو ما كان يعني حينها على المستوى النظري أن لكل جسيم جسيمه المضاد.

وفي العام 1932، أثبت عالم الفيزياء الأمريكي كارل أندرسون وجود المادة المضادة عندما اكتشف البوزيترون أثناء دراسته للأشعة الكونية. ودعم هذا الإثبات في العام الذي يليه الفيزيائي البريطاني باتريك بلاكيت والإيطالي جوسيبي أوكياليني.

والكون في مجمله يتكون من المادة في شكل ذرات وجسيمات دون ذرية. والذرات نفسها تتكون من جسيمات (مثل البروتون، والنيوترون والإلكترون، الخ). واصطدام الذرات والجسيمات دون الذرية يؤدي إلى تفاعلات تطلق ذرات وجسيمات جديدة ذات كتلة مختلفة والفارق يتحول إلى طاقة. وهناك جسيمات دون ذرية عديدة نعرف العديد منها ونجهل بعضها الآخر. ومن بينها الجسيمات الأولية (الكواركات، والليبتونات والبوزونات، الخ) وفي فيزياء الجسيمات، تعد الجسيمات الأولية elementary particle هي الجسيمات الأساسية التي تتكون منها باقي الجسيمات الأكبر والأعقد، وبالتالي هي الأشكال الأبسط للوجود المادي حسب نظرية «النموذج المعياري». ويفترض أن هذه الجسيمات الأولية على أساس أنها البنية الأولى لكل مادة الكون. ويحاول علماء فيزياء الجسيمات وعلماء الفلك منذ فترة ليست بالقصيرة الوصول إلى نظرية شاملة تفسر كل هذا والتفاعلات المختلفة التي تحدث بينها.

ولكل جسيم من المادة، هناك جسيم مضاد، يساويه في الكتلة ويختلف معه في الشحنة - على سبيل المثال الإلكترون المضاد هو البوزيترون (إلكترون ذو شحنة موجبة). وفي فيزياء الجسيمات، تعد «المادة المضادة» امتدادا لمفهوم «الجسيم المضاد». بحيث تتكون المادة المضادة من جسيمات مضادة بالطريقة نفسها التي تتكون بها المادة العادية، ولكن بشحنة عكسية. وعندما تصطدم «المادة» و«المادة المضادة»، فإنهما تفنيان معا لتظهر طاقة كبيرة من الفوتونات (أشعة جاما). وهذا يعني عمليا أن الكون ما كان يجب أن يبزغ لأن صدام «المادة» و«المادة المضادة» كان يجب أن يقود إلى فنائهما معا.

ويعتقد العلماء أن «الانفجار العظيم»، الذي بزغ الكون بعده، أطلق كميات متساوية من «المادة» و«المادة المضادة». فلماذا أصبح الكون المدرك (بما فيه وجودنا ذاته) مكونا من المادة؟ وأين ذهبت «المادة المضادة»؟ وهكذا فإن عدم التماثل الواضح بين «المادة» و«المادة المضادة» ظل إحدى المشكلات العصية على التفسير في علوم الفيزياء والفلك وفيزياء الجسيمات.

وتتوقع النظرية المستقرة حاليا في الدوائر العلمية، والمعروفة باسم «النموذجِ المعياري Standard Model» لفيزياءِ الجُسيمات، هامشا فائق الصغر في التناظر بين «المادة» و«المادة المضادة»، لكنه لم يكن كافيا لتفسير كيفية بزوغ الكون متكونا فقط من المادة مع أثر لا يكاد يذكر من «المادة المضادة».

لكن هذه التجربةِ الأخيرةِ جاءتْ بنسبةِ غير متوازنةِ بين «المادة» و«المادة المضادة» تفوق بكثير «الهامش الفائق الصغر» الذي توقعته نظرية النموذج المعياري. وتحديدا، اكتشف العلماء فارقا قدره واحد في المائة بين عدة أزواج من «الميوونات» و«الميونات المضادة» (الميوون muon جسيم أولي مشابه للإلكترون بشحنة كهربائية سالبة) نشأت عن تحلل جسيمات تعرف باسم «الميزونات بي B mesons» (الميزون جسيم أولي دون ذري له شحنة موجبة أو سالبة أو متعادلة. وتتفق الميزونات في أن كتلتها 200 ضعف كتلة الإلكترون وتدور داخل الذرة في اتجاه واحد).

وجاءت النتائج محصلة لتحليل بيانات تجارب استمرت على مدى ثمانية أعوام داخل «صادم تيفاترون Tevatron collider» التابع لمختبر مسرع فيرمي الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في باتافيا Fermi National Accelerator Laboratory in Batavia بولاية إيلينوي.

ومسرع الجسيمات ببساطة هو عبارة عن جهاز يقوم بتسريع جزيئات المادة لسرعة تقارب سرعة الضوء ثم يقوم بصدمها بعضها مع بعض لسحق المادة إلى أبسط مكوناتها، ثم تقوم أجهزة رصد فائقة برصد هذه الجسيمات التي تظهر لأجزاء من الثانية لتحليلها.

ويقول البروفيسور ستيفان سولدنر رمبولد أستاذ فيزياء الجسيمات في جامعة مانشستر بالمملكة المتحدة وأحد أعضاء فريق العلماء: «العديدون منا انتابهم الذهول عندما شاهدوا النتائج. فقد أدركنا أننا نشاهد شيئا أبعد بكثير مما رأيناه من قبل وأبعد مما يمكن للنظريات الحالية أن تفسره».

وبوسع «صادم تيفاترون» وشقيقه الأكبر «صادم الهيدرون الكبير Large Hadron Collider» في سرن في سويسرا، أن يصدم الجسيمات دون الذرية والجسيمات المضادة بعضها ببعض لتوليد الطاقة، وكذلك الجسيمات الجديدة وجسيماتها المضادة. لكن في الطبيعة لا تتولد هذه الجسيمات المضادة إلا نتيجة لأحداث بالغة العنف، مثل الانفجارات النووية أو الأشعة الكونية المنبعثة من موت أحد النجوم.

وتوصل إلى هذه النتائج فريق دولي من العلماء، أطلق على نفسه اسم «تعاونية DZero»، يتكون من 500 عالم فيزياء من 15 بلدا. لكن عمله لايزال مقيدا بمحدودية عدد تجارب الاصطدام التي أجريت في المختبر حتى الآن. وهو ما يعني أنه سيتعين عليهم مواصلة جمع البيانات وتصفية تحليلاتهم للصراع الأزلي بين «المادة» و«المادة المضادة».

ويفكر العلماء، على الأقل نظريا، في الإمكانات الواعدة للاستخدامات المختلفة للطاقة المتولدة من اصطدام «المادة» و«المادة المضادة»، حتى أن علماء وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) وضعوا تصميما لصاروخ يمكن أن ينطلق إلى الفضاء مدفوعا بوقود من «المادة المضادة».

وكما تثير «المادة المضادة» اهتمام العلماء، فإنها كانت موضوعا للعديد من أعمال أدب الخيال العلمي، مثل رواية «ملائكة وشياطين Angels & Demons» لدان براون، مؤلف رواية «شيفرة دافنتشي»، التي ينجح بطلها في إنقاذ الفاتيكان من الدمار على يد منظمة قديمة من العلماء اسمها «الطبقة المستنيرة»، في إشارة إلى نزاع قديم بين العلماء ورجال الكنيسة.

وتاريخيا، تشكلت «الطبقة المستنيرة» كجمعية سرية تضم علماء ومثقفين معارضين للكنيسة في عصر النهضة، وعانى أعضاؤها الأمرين بعد أن طردهم الفاتيكان من روما واضطهدهم من دون هوادة. وفي الرواية، يوضع هؤلاء خطة لتدمير الفاتيكان باستخدام قنبلة صغيرة جدا مصنوعة من «المادة المضادة».

وقد تحولت الرواية لاحقا إلى فيلم سينمائي حمل الاسم نفسه وحقق نجاحا كبيرا تصدر به إيرادات شباك تذاكر السينما الأمريكية لأسابيع عديدة، وهو من إخراج رون هاورد، وبطوله توم هانكس وإيليت زورير.

المصدر الملحق العلمي لمجلة العربي

الكاتب:أيمن حسن

شاذلي كتب:

بحث شديد الأهمية
شكرا لك

صدقت يا أخ خالد