الأخبار والسياسة

اعتراض العلماء المادة المضادة لأول مرة

أغسطس 2022

لنبدأ بالواضح. كل كائن في الكون مصنوع من المادة. كل المسألة تأخذ مساحة وبالتالي تمتلك كتلة. الآن ، وفقا لمعادلة الأكثر شهرة في كل العصور ، E = مولودية²ليست الكتلة سوى شكل من أشكال الطاقة. يمكن تحويله إلى طاقة بسرعة الضوء تضاعف سرعة الضوء. الشيء هو أن الضوء يسير بسرعة 3 ملايين متر في الثانية ، لذا فهذه مسافة هائلة لدرجة أنه لا يمكن فهمه ، ناهيك عن نفسه التربيعية.

لا يهم. النقطة المهمة هي أن المعادلة تعمل في كلا الاتجاهين: الطاقة يمكن أن تصبح كتلة. ومع ذلك ، كما أوضح الفيزيائي رولف لاندوا في فيديو TED-Ed: "مثل عملتين بسعر صرف ضخم ، فإن 90 تريليون جول من الطاقة تعادل 1 غرام من الكتلة". لذلك ، ستكون هناك حاجة إلى طاقة أكثر مما أطلقته قنبلة ناغازاكي لتشكيل شيء بحجم مشبك الورق. ليس لدينا الوسائل للقيام بذلك ، لكن CERN تقترب.

مقرها بالقرب من جنيف ، سويسرا ، CERN هي المنظمة الأوروبية للبحوث النووية. ويحدث أيضًا أن تكون مسقط رأس شبكة الويب العالمية ، لذا يمكنك شكرها على قدرتك على قراءة هذه المقالة في المقام الأول. ولكن دعونا لا نستطرد. فيما يتعلق بموضوعنا ، تدير سيرن أكبر مختبر فيزياء الجسيمات في العالم. تعمل جميع أجهزتها في الإجابة على السؤال ، "ما هو الكون؟"

المادة والمادة المضادة

تقول فيزياء الجسيمات إن الكون مصنوع من المادة والمواد المضادة. الآن ، كلنا نعرف عن نظرية Big Bang ، وهي الظاهرة التي خلقت كل شيء في الكون. إذن من أين تأتي المادة المضادة؟ أدخل بول ديراك ، مؤلف معادلة أقل شهرة.

في الفيزياء ، تتكون المادة من ذرات ، وتتكون الذرات من جزيئات مثل البروتونات والإلكترونات. تحمل البروتونات شحنة كهربائية موجبة بينما تحمل الإلكترونات شحنة سالبة. استنادًا إلى معادلة آينشتاين ، تنبأ ديراك أن كل جسيم في الكون له توأم وجسيم مضاد له شحنة كهربائية معكوسة. كما يوضح موقع CERN ، هذا هو "تماماً مثل المعادلة x² = 4 يمكن أن يكون له حلان ممكنان (x = 2 أو x = -2). " المسألة ، المادة المضادة. ثبت أن ديراك على حق وفاز بجائزة نوبل عام 1933.

قد يبدو مثل الخيال العلمي ، ولكن وفقا ل تناظر مجلة ، ينبعث الموز العادي مضادًا للإلكترون (يُسمى البوزيترون) كل 75 دقيقة بسبب ذرات البوتاسيوم الموجودة فيه. ومع ذلك ، عندما يلمس المادة المضادة المادة ، فكلاهما يهلكان الشيطان! يحول الكتلة إلى الطاقة. هذا ما يحدث للبوزيترونات الموز عندما تصطدم بالإلكترونات في الهواء.

الآن ، وفقًا لنفس المنطق ، لا يجب أن نكون جميعًا موجودين. يجب أن يكون الانفجار العظيم قد أنتج كميات متساوية من المادة والمواد المضادة ، والتي كان يجب أن تدمر بعضها البعض ولا تترك سوى الطاقة. ومع ذلك نحن هنا. بوضوح ، هناك المزيد من المادة في الكون. هناك ما هو أكثر من المادة المضادة لما هو مقترح في معادلة ديراك ، وهذا هو ما يدفع فيزياء الجسيمات.

أخذ المادة المضادة في أيديهم

إن CERN "مصنع مضاد للمواد" منذ عام 1995 ، عندما ابتكر علماءها تسع ذرات من الهيدروجين المضاد. يحتوي الهيدروجين على أبسط بنية في الكون - إلكترون واحد يدور حول بروتون واحد - لذلك كان مضادها الأسهل لإنتاجه. لم يكن بهذه السهولة التمسك بهم لفترة كافية لمعرفة المزيد عن المادة المضادة. بعد سبع سنوات ، جمعت تجربتان أخريان المزيد من ذرات الهيدروجين المضاد ، لكنهما لا يزالان عابرين فقط.

في 17 نوفمبر 2010 ، اكتشف فريق ALPHA ذلك. ولأول مرة على الإطلاق ، احتفظوا بـ38 ذرة من الهيدروجين المضاد في مكانهم باستخدام حاوية مصنوعة من الحقول المغناطيسية. هذا المحاصرين antiatoms لمدة 172 ميلي ثانية - غمضة عين لنا ، ولكن لفترة طويلة بما يكفي للعلماء للنظر في الأشياء. لقد تحسنوا في السنة التالية ، حيث حملوا ذرات الهيدروجين المضاد لمدة لا تقل عن 16 دقيقة.

فلماذا يهم المادة المضادة كثيرا؟

يعتقد البعض أنه يمكن أن يشعل الصواريخ أو يفجر المدن ، كما يتصور في قصص مثل ستار تريك, الصورة الرمزية و الملائكة والشياطين. ومع ذلك ، فإن المادة المضادة ليست مصدر طاقة في انتظار التعدين ؛ نحن تصنيعها أنفسنا. ما هو أكثر من ذلك ، وفقا ل تناظرجميع المواد المضادة التي قمنا بإنتاجها "لن تكون كافية لغلي كوب من الشاي." الطاقة المستهلكة لا تستحق الإنتاج - انفجار كارثي ؛ مقطع صغير ورقة صغيرة.

في الواقع ، يدرس فريق ACE في CERN البروتونات المضادة للاستخدام في علاج السرطان ، وليس الأسلحة. ومع ذلك ، في الغالب ، علماء الفيزياء فقط هل حقا تريد أن تعرف سبب وجود مادة مضادة أقل في الكون مقارنةً بحسابها. كيف تختفي؟ هل هو نفس الأمر؟ هل يتفاعل بشكل مختلف مع الضوء ، أم للجاذبية؟ بأنهي طريقة؟ لا يزال هناك الكثير من الأسئلة ، لكن من المفترض أن النتيجة ستكون ذات يوم تستحق كل هذا الجهد.