مرة أخرى يا أينشتاين! تظهر الدراسة كيف تتفاعل المادة المضادة مع الجاذبية

في عالم “Star Trek”، تسافر المركبة الفضائية Enterprise عبر الفضاء باستخدام محرك ملتوي يسخر المادة المضادة. ويكفي أن نقول أن هذه التكنولوجيا لا تزال في عالم الخيال العلمي.

لكن العلماء يحرزون تقدمًا مهمًا نحو فهم أفضل للمادة المضادة. قال باحثون يوم الأربعاء إنهم أثبتوا لأول مرة أن المادة المضادة تستجيب للجاذبية بنفس الطريقة التي تستجيب بها المادة – بالسقوط، كما هو متوقع – في تجربة أثبتت مرة أخرى النظرية الأساسية للنسبية العامة لعالم الفيزياء ألبرت أينشتاين.

كل شيء نعرفه – الكواكب، والنجوم، وكلابي البودل، والمصاصات – مصنوع من مادة عادية.

المادة المضادة هي التوأم الغامض للمادة العادية، لها نفس الكتلة ولكن بشحنة كهربائية معاكسة. تحتوي جميع الجسيمات دون الذرية تقريبًا، مثل الإلكترونات والبروتونات، على نظير من المادة المضادة. في حين أن الإلكترونات مشحونة بشحنة سالبة، فإن الإلكترونات المضادة، والتي تسمى أيضًا البوزيترونات، تكون مشحونة بشكل إيجابي. وبالمثل، في حين أن البروتونات مشحونة بشحنة موجبة، فإن البروتونات المضادة لها شحنة سالبة.

وفقًا للنظرية الحالية، كان من المفترض أن يكون انفجار الانفجار الكبير الذي أدى إلى ولادة الكون قد أنتج كميات متساوية من المادة والمادة المضادة. ومع ذلك، هذا لا يبدو أن هذا هو الحال. يبدو أن هناك القليل جدًا من المادة المضادة، ولا يوجد أي منها تقريبًا على الأرض. علاوة على ذلك، فإن المادة والمادة المضادة غير متوافقتين. إذا لمست، فإنها تنفجر، وهي ظاهرة تسمى الإبادة.

تم إجراء التجربة في المركز الأوروبي للأبحاث النووية (CERN) في سويسرا من قبل باحثين من التعاون الدولي ALPHA (جهاز فيزياء الليزر المضاد للهيدروجين). لقد كان معادل المادة المضادة للهيدروجين، أخف العناصر.

وقال الفيزيائي جوناثان ورتيلي من جامعة كاليفورنيا في بيركلي: “على الأرض، يتم إنتاج معظم المادة المضادة الموجودة بشكل طبيعي من الأشعة الكونية – وهي جسيمات نشطة من الفضاء – والتي تصطدم بالذرات الموجودة في الهواء وتخلق أزواجًا من المادة المضادة والمادة المضادة”. ، مؤلف مشارك. من الدراسة المنشورة في المجلة طبيعة.

هذه المادة المضادة التي تم إنشاؤها حديثًا لا تدوم إلا حتى تصطدم بذرة مادة عادية في الغلاف الجوي السفلي. ومع ذلك، يمكن تصنيع المادة المضادة في ظل ظروف خاضعة للرقابة، كما هو الحال في تجربة ALPHA، والتي استخدمت الهيدروجين المضاد الذي تم إنشاؤه في CERN.

تم احتواء الهيدروجين المضاد في حجرة مفرغة أسطوانية وتم احتجازه بواسطة مجالات مغناطيسية في الأعلى والأسفل. قام الباحثون بتقليل المجالات المغناطيسية لإطلاق المادة المضادة لمراقبة ما إذا كانت ستسقط بمجرد ظهور تأثير الجاذبية أم لا. وهذا ما حدث، فهو يتصرف مثل الهيدروجين تحت نفس الظروف.

“لقد تم التنبؤ بهذه النتيجة من خلال النظرية والتجارب غير المباشرة المبنية على ظواهر خفية. قال جويل فاجانز، عالم فيزياء ومؤلف مشارك للدراسة في جامعة كاليفورنيا في بيركلي: “لكن لم تقم أي مجموعة بإجراء تجربة مباشرة تم فيها إسقاط المادة المضادة ببساطة لمعرفة الاتجاه الذي ستسقط فيه”.

وأضاف ورتيلي: “تستبعد تجربتنا النظريات الأخرى التي تتطلب ارتفاع المادة المضادة – “الجاذبية المضادة” – إلى مجال الجاذبية الأرضية”.

بينما طور أينشتاين نظريته في النسبية العامة ــ التفسير الكامل للجاذبية ــ قبل اكتشاف المادة المضادة في عام 1932، فقد تعامل مع كل المادة بالتكافؤ، مما يعني أن المادة المضادة يجب أن تتفاعل بنفس الطريقة مع قوى الجاذبية مقارنة بالمادة.

ماذا لو تحدت المادة المضادة التوقعات؟

وقال الفيزيائي والمؤلف المشارك في الدراسة ويليام بيرتشي من جامعة مانشستر في إنجلترا، والذي يجري تجارب في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ونائب المتحدث الرسمي باسم المنظمة: “كان من الممكن أن تكون مفاجأة كبيرة، لأنها ستكون متناقضة بشكل كبير مع العديد من النظريات”. يذاكر. تعاون ألفا.

وأضاف بيرتشي: “أعتقد أن هذا يدل على قوة النسبية العامة ومبادئ التكافؤ الخاصة بها”.

لا يزال العلماء في حيرة من أمرهم بشأن ندرة المادة المضادة في الكون المرئي. على سبيل المثال، لا يوجد أي دليل على وجود مجرات مصنوعة من المادة المضادة.

وقال ورتيلي: “إن الغياب شبه الكامل للمادة المضادة الطبيعية هو أحد الأسئلة الكبيرة التي تواجه الفيزياء”.

من خلال إظهار أن المادة المضادة والمادة تنجذبان بفعل الجاذبية، استبعدت التجربة تفسيرًا محتملاً لندرة المادة المضادة: فقد تم صدها بواسطة الجاذبية أثناء الانفجار الكبير.

قال فاجانز: «على الرغم من جمال النظرية، إلا أن الفيزياء علم تجريبي.