ما هي المادة المضادة؟

بالعربي/ معلومات حول مرآة المادة ، المادة المضادة.

المادة المضادة هي نفسها المادة العادية فيما عدا أن لها شحنة كهربائية معاكسة . على سبيل المثال ، للإلكترون ، الذي له شحنة سالبة ، شريك من المادة المضادة يعرف بالبوزيترون. البوزيترون هو جسيم له نفس كتلة الإلكترون ولكن له شحنة موجبة. 

غالبًا ما تكون الجسيمات التي لا تحتوي على شحنة كهربائية ، مثل النيوترونات ، شريكة لها في المادة المضادة. لكن لا يزال يتعين على الباحثين تحديد ما إذا كانت الجسيمات الدقيقة الغامضة المعروفة باسم النيوترينوات ، والتي هي أيضًا محايدة ، هي جزيئاتها المضادة.

على الرغم من أنه قد يبدو وكأنه شيء من الخيال العلمي ، إلا أن المادة المضادة حقيقية. تم إنشاء المادة المضادة مع المادة بعد  الانفجار العظيم . لكن المادة المضادة نادرة في عالم اليوم ، والعلماء ليسوا متأكدين من السبب.

أين المادة المضادة وكيف تصنع المادة المضادة؟

ابتكر البشر جسيمات المادة المضادة باستخدام الاصطدامات فائقة السرعة في مسرعات الجسيمات الضخمة مثل مصادم الهادرون الكبير ، الذي يقع خارج جنيف وتديره المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN). أدت العديد من التجارب في CERN إلى إنتاج الهيدروجين المضاد ، وهو المادة المضادة المزدوجة لعنصر الهيدروجين . أكثر عناصر المادة المضادة تعقيدًا التي تم إنتاجها حتى الآن هو مضاد الهليوم ، وهو نظير الهيليوم .

هناك أيضًا جسيمات مضادة منتجة بشكل طبيعي مصنوعة بشكل متقطع في جميع أنحاء الكون. ولكن عندما تلتقي المادة والمادة المضادة ، فإنهما يقضيان على بعضهما البعض وينتجان الطاقة ، مما يعني أنه في عالم تهيمن عليه المادة مثل كوننا ، لا تدوم المادة المضادة لفترة طويلة. 

المادة المضادة هي أيضًا في صميم لغز حول سبب وجود الكون على الإطلاق. في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم ، كانت الطاقة فقط موجودة. مع تبريد الكون وتمدده ، تم إنتاج جزيئات من المادة والمادة المضادة. قام العلماء بقياس خصائص الجسيمات والجسيمات المضادة بدقة عالية للغاية ووجدوا أن كلاهما يتصرف بشكل متماثل. لذلك إذا تم تكوين المادة المضادة والمادة بكميات متساوية وتصرفتا بشكل متماثل ، فإن كل المادة والمادة المضادة التي تم إنشاؤها في بداية الوقت يجب أن تكون قد أبيدت عند التلامس ، دون ترك أي شيء وراءها. 

لماذا هيمنت المادة على المادة المضادة هو لغز رئيسي.

تقترح إحدى النظريات أنه تم إنشاء مادة أكثر من المادة المضادة في بداية الكون ، لذلك حتى بعد الفناء المتبادل ، كان هناك ما يكفي من المادة المتبقية لتشكيل النجوم والمجرات ، وفي النهاية كل شيء على الأرض . كان التناقض ضئيلًا جدًا. كان أقل من 1 من كل مليار جسيم عادي قد نجا من الفوضى واستمر في تشكيل كل المادة من حولنا اليوم ، وفقًا لموقع Space.com ، وهو موقع شقيق لـ Live Science.  

إذا كان النيوترينو – وهو جسيم شبحي صغير بالكاد يتفاعل مع مادة أخرى – هو الجسيم المضاد الخاص به ، فقد يكون هذا هو المفتاح لحل هذه المشكلة. في هذه النظرية ، في بداية الزمن ، كان جزء صغير من النيوترينوات قادرًا على الانتقال من المادة المضادة إلى المادة ، مما قد يؤدي إلى اختلال طفيف في توازن المادة في بداية الكون. حاولت التجارب تحديد ما إذا كان النيوترينو هو الجسيم المضاد أم لا ، ولكن حتى الآن ، تبين أنها غير حاسمة .

جائزة نوبل للتنبؤات

تنبأ الفيزيائي البريطاني بول ديراك بالمادة المضادة في عام 1928 أثناء محاولته الجمع بين ميكانيكا الكم ، التي تصف الجسيمات دون الذرية ، ونظرية أينشتاين للنسبية . كان ديراك يبحث عن حلول لمعادلة تصف حركة إلكترون يقترب من سرعة الضوء. “مثلما يمكن أن تحتوي المعادلة x ^ 2 = 4 على حلين محتملين (x = 2 أو x = ناقص −2) ، لذلك يمكن أن تحتوي معادلة ديراك على حلين ، أحدهما للإلكترون ذي الطاقة الموجبة والآخر للإلكترون السالب الطاقة “، وفقًا لـ CERN .

في البداية ، كان ديراك مترددًا في مشاركة نتائجه. لكن في النهاية ، احتضنهم وقال إن كل جسيم في الكون يجب أن يكون له صورة مرآة تتصرف مثلها ولكن لها شحنة معاكسة. 

تم اكتشاف البوزيترونات بعد بضع سنوات من قبل عالم الفيزياء في معهد كاليفورنيا الأمريكي للتكنولوجيا كارل أندرسون ، الذي كان يدرس الأشعة الكونية عالية الطاقة التي تأتي من الفضاء وتضرب الغلاف الجوي للأرض ، مما ينتج عنه وابل من الجسيمات الأخرى. في كاشفه ، شاهد أندرسون أثرًا لشيء ما له نفس كتلة الإلكترون ولكن بشحنة موجبة. اقترح محرر في مجلة Physical Review اسم البوزيترون للجسيم ، وفقًا للمعهد الأمريكي للفيزياء . 

لعملهما على هذا الاكتشاف ، حصل ديراك وأندرسون على  جائزة نوبل في الفيزياء – ديراك في عام 1933 ، وأندرسون في عام 1936.

مركبة فضائية من المادة المضادة؟

نظرًا لأن وضع المادة والمادة المضادة معًا ينتج طاقة ، فقد توقع المهندسون أن المركبات الفضائية التي تعمل بالمادة المضادة قد تكون طريقة فعالة لاستكشاف الكون.

درست ناسا إمكانية استخدام المركبات التي تحركها المادة المضادة للسفر إلى المريخ ، لكن الفكرة لها بعض الجوانب السلبية. لأحد ، إنه مكلف حقًا.

قال جيرالد سميث من Positronics Research LLC في سانتا في ، نيو مكسيكو ، في مقال نشر عام 2006 : “تقدير تقريبي لإنتاج 10 ملليجرامات من البوزيترونات اللازمة لمهمة بشرية إلى المريخ تبلغ حوالي 250 مليون دولار باستخدام تقنية قيد التطوير حاليًا”. لناسا . _ قد تبدو التكلفة باهظة ، لكنها لا تزال تكلف حوالي 10000 دولار للرطل لإرسال شيء إلى المدار ، لذا فإن إطلاق مركبة فضائية كبيرة وطاقمها البشري سيكون مكلفًا أيضًا.الإعلانات

في الآونة الأخيرة ، نظر باحثو ناسا في إمكانية استخدام الطاقة الناتجة عن اصطدام المادة والمادة المضادة لإرسال مسبار إلى أقرب نظام نجمي ، ألفا سنتوري. ستسمح الطاقة في الاصطدامات للمركبة بالتسارع إلى 10٪ من سرعة الضوء ثم تبطئ نفسها بما يكفي لاستكشاف Alpha Centauri ، على الأرجح لعقود.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com