هذا الجسيم “الساحر” كان يمكن أن ينقذ الكون

بالعربي/ يمكن للميزون الساحر الإجابة عن سبب وجود مادة في الكون أكثر من المادة المضادة.

اكتشف العلماء الذين يعملون في أكبر جهاز تحطيم للذرات في العالم جسيمًا دون ذري غريبًا أثناء التغيير من مادة إلى مادة مضادة . يمكن أن يساعدنا هذا الاكتشاف في فهم كيفية إنقاذ الكون من الفناء التام بعد وقت قصير من انفجاره إلى الوجود. 

باستخدام بيانات من التشغيل الثاني لمصادم الهادرون الكبير (LHC) ، اكتشف باحثون من جامعة أكسفورد الميزون الساحر – وهو جسيم صغير يحتوي على مادة ونسخة من المادة المضادة من الكوارك ، وهي لبنة البناء الأساسية للمادة – تتحول إلى الوراء و بين الدولتين. 

كل جسيم له نظير جسيم مضاد له نفس الكتلة والعمر والدوران الذري ، ولكن مع الشحنة المعاكسة. بعض الجسيمات ، مثل الفوتون (جسيمات الضوء) هي جسيم مضاد خاص بها ، في حين أن البعض الآخر يمكن أن يوجد كمادة ومادة مضادة في نفس الوقت ، وذلك بفضل المراوغات الغريبة لظاهرة تسمى التراكب الكمومي.

يقع الميزون الساحر في هذه الفئة الأخيرة. يسمح التراكب الكمي – الذي ينشأ من ميكانيكا الكم ، أو القواعد الغريبة التي تحكم عالم الأشياء الصغيرة جدًا – للجسيمات الصغيرة بالتواجد في العديد من الحالات المختلفة في وقت واحد ، بشكل أساسي كمزيج من الجسيمات المختلفة ، حتى يتم ملاحظة الجسيمات المذكورة واختيار واحدة الحالة التي تهبط فيها. بدلاً من كونها مجرد جسيمات ، فهي أيضًا مثل الموجات الصغيرة ، حيث يمثل حجم هذه الموجات في أي نقطة معينة في الفضاء احتمال العثور على جسيم في تلك النقطة. 

عندما يتواجد الميزون الساحر (المسمى رسميًا D0) ونظيره المضاد للجسيم (المضاد D0) في حالة تراكب ، تتداخل موجات D0 ومضاد D0 بطرق مختلفة لتشكيل جسيمين آخرين من المادة ، يُطلق عليهما D1 و D2 ، وهما موجودان أيضًا في حالة من التراكب. على الرغم من أن D1 و D2 يتكونان من نفس الجسيم (D0) ومضاد الجسيمات (مضاد D0) مثل بعضهما البعض ، إلا أنهما لهما مزيج مختلف قليلاً من كل منهما ، مما يمنحهما كتلًا وأعمارًا مختلفة. 

والعكس صحيح أيضا. يمكن أيضًا تراكب D1 و D2 لإنتاج D0 أو مضاد D0 ، اعتمادًا على كيفية إضافتهما فوق بعضهما البعض. 

“يمكنك التفكير في D0 على أنه مصنوع من مزيج من D1 و D2 ، أو D1 كما تم صنعه كمزيج من D0 ومضاد D0 ، إنها طريقتان فقط للنظر إلى نفس الظواهر” ، كما قال المؤلف المشارك كريس باركس ، قال عالم الفيزياء التجريبية بجامعة مانشستر والمتحدث الرسمي باسم LHC لـ Live Science.

نظرًا لأن كتلة موجات الجسيمات هذه تحدد طول موجتها ، وبالتالي كيف تتداخل مع بعضها البعض ، فإن الاختلاف في الكتلة بين D1 الأثقل و D2 الأخف هو الذي يحدد مدى سرعة تبديل الميزون الساحر بين مادته (D0) والمادة المضادة ( ضد D0) شكل. 

وهذا الاختلاف في الكتلة ضئيل للغاية: فقط 3.5 × 10 ^ ناقص 40 أوقية (أو 0.00000000000000000000000000000000000000001 كجم). 

لإجراء قياس بهذه الدقة ، لاحظ الباحثون 30.6 مليون ميزون ساحر بعد صنعها مباشرة عندما اصطدم بروتونان معًا داخل LHC. لا تسافر ميزونات تشارم سوى جزء بسيط من البوصة قبل أن تتحلل إلى جسيمات أخف ، لكن الكواشف فائقة الدقة داخل مسرع الجسيمات مكنت الفريق من مقارنة الميزونات الساحرة التي قطعت أقصر مسافة مع تلك التي قطعت أبعد. ثم استخدم الباحثون هذا الاختلاف لحساب الفرق في الكتلة بين الحالتين المحتملتين.

هذه هي المرة الثانية التي يتم فيها اكتشاف جسيم يتأرجح بين المادة والمادة المضادة بهذه الطريقة ، الأول هو قياس عام 2006 لميزون الجمال الغريب. لكن اكتشاف هذا في الميزون الساحر كان أصعب بكثير لأن الجسيمات غير المستقرة عادةً ما تتحلل قبل أن تتمكن من إجراء التبديل ، وفقًا للباحثين.

“ما يجعل اكتشاف التذبذب في جسيم الميزون الساحر مثيرًا للإعجاب للغاية هو أنه ، على عكس ميزونات الجمال ، يكون التذبذب بطيئًا للغاية وبالتالي يصعب قياسه في الوقت الذي يستغرقه الميزون حتى يتحلل ،” المؤلف المشارك جاي ويلكينسون قال عالم الفيزياء التجريبية بجامعة أكسفورد في بيان . المحتوى ذي الصلة

الجسيمات التي يمكن أن تقفز بين المادة والمادة المضادة مهمة لأنها تكمن في جوهر واحد من أكبر ألغاز العلم: لماذا يوجد الكون في المقام الأول.

وفقًا للنموذج القياسي ، تم إنشاء النظرية التي تصف الجسيمات الأساسية التي يتكون منها الكون والمادة والمادة المضادة بكميات متساوية بواسطة الانفجار العظيم. ومع ذلك ، فإن الكون الذي نعيش فيه يتكون بالكامل تقريبًا من مادة. ولأن المادة والمادة المضادة تبيدان بعضهما البعض عند التلامس ، كان ينبغي على الكون أن يبيد نفسه في اللحظة ذاتها ، أو بعد وقت قصير من بدايته. فماذا إذن كان سبب الخلل؟

تشير بعض الفرضيات إلى أن جسيمات مثل الميزون الساحر كان من الممكن أن تنقذ الكون المادي من الفناء – خاصةً إذا انتقلت من المادة المضادة إلى المادة أكثر مما تذهب في الاتجاه الآخر. مع مصادم الهادرونات الكبير الذي تمت ترقيته والذي من المقرر إعادة تشغيله في سبتمبر بعد إغلاقه لأكثر من ثلاث سنوات ، ومن المقرر إجراء تحقيقات ميزون مماثلة بواسطة تجربة بيل 2 اليابانية ، قد لا يكون اكتشاف المزيد من القرائن بعيدًا.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com