ما هي المادة المضادة | اغلى ماده على وجه الارض
ما هي المادة المضادة؟ في عام 1930 صاغ بول ديراك نظرية كمومية لحركة الإلكترونات في المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وهي النظرية الأولى التي تضمنت بشكل صحيح نظرية أينشتاين للنسبية الخاصة في هذا السياق. أدت هذه النظرية إلى توقع مفاجئ ، حيث وصفت المعادلات التي شرحت الإلكترون ، وفي الواقع تطلبت ، وجود نوع آخر من الجسيمات بنفس كتلة الإلكترون تمامًا ولكن بشحنة كهربائية موجبة بدلاً من سالبة. هذا الجسيم ، الذي يسمى البوزيترون ، هو الجسيم المضاد للإلكترون ، وكان أول مثال على المادة المضادة.
تنقسم المادة المضادة بنفس الطريقة التي يتم بها تقسيم المـادة ، سواء كانت لها شحنة كهربائية أو لحظات مغناطيسية. ومع ذلك ، فإن الشحنات الكهربائية واللحظات المغناطيسية للجسيمات المضادة هي عكس الجسيمات. على سبيل المثال ، الإلكترون هو جسيم من الـمـادة ، والبوزيترون هو توأم المادة المضادة. الإلكترون له شحنة سالبة ، والبوزيترون له شحنة موجبة. يعرض البوزيترون والإلكترون أيضًا لحظات مغناطيسية معاكسة. بينما لا يزال العلماء غير متأكدين من سلوك المادة المضادة ، فإننا نعلم أنه عندما تتلامس مع الـمادة ، يتم تدمير كليهما في انفجار من الضوء والطاقة. هذا يعني أن هناك مـادة أكثر بكثير من المادة المضادة ، لأنه إذا كانت هناك كميات متساوية ، فإن الكون سيختفي بانفجار الضوء. وفقًا لقوانين الحفظ ، يجب أن يكون الانفجار الأعظم قد خلق أجزاء متساوية من المادة والمادة المضادة. فأين كل الجسيمات المضادة؟
كم سعر المادة المضادة ؟
في الوقت الحالي ، تعد المادة المضادة – التي يبلغ سعرها حوالي 62.5 تريليون دولار للجرام – أغلى مادة على وجه الأرض.
كان هذا ، وسيظل على الأرجح ، أكبر لغز لفيزياء الجسيمات. إنه مفهوم يسمى عدم تناسق الباريون ، وقد تم معالجته من قبل علماء الفيزياء في جميع أنحاء العالم منذ اكتشاف المادة المضادة. لكن هذا لا يعني عدم وجود مـادة مضـادة على الأرض. يوجد. لكن لا تكفي أن تكون ملحوظًا. في الواقع ، ينتج الموز مادة مضادة بمعدل بوزيترون واحد كل 75 دقيقة – وهو مستوى أقل بكثير من أي عتبة اكتشاف.
وسرعان ما أكد اكتشافه في التجارب للمادة المضادة في نظرية ديراك. أظهرت صورة الغرفة السحابية التي التقطها Carl D. Anderson في عام 1931 جسيمًا يدخل من الأسفل ويمر عبر لوحة الرصاص. يشير اتجاه انحناء المسار ، الناجم عن مجال مغناطيسي ، إلى أن الجسيم كان موجب الشحنة ولكن له نفس الكتلة والخصائص الأخرى للإلكترون. تُنتج التجارب اليوم بشكل روتيني أعدادًا كبيرة من البوزيترونات.
لا تنطبق تنبؤات ديراك على الإلكترون فحسب ، بل تنطبق أيضًا على جميع المكونات الأساسية للمادة (الجسيمات). يجب أن يكون لكل نوع من الجسيمات نوع مضاد للجسيمات. كتلة أي جسيم مضاد مماثلة لكتلة الجسيم. ترتبط جميع خصائصه الأخرى ارتباطًا وثيقًا أيضًا ولكن مع عكس علامات جميع الشحنات. على سبيل المثال ، يحتوي البروتون على شحنة كهربائية موجبة ، بينما يحتوي البروتون المضاد على شحنة كهربائية سالبة. إن وجود شركاء المادة المضادة لجميع جسيمات الـمـادة هو الآن ظاهرة تم التحقق منها جيدًا ، مع ملاحظة كلا الشريكين المئات من هذه التزاوج.
الاكتشافات الجديدة تصنع لغة جديدة. بصياغة مصطلح “المادة المضادة” أعاد الفيزيائيون في الواقع تعريف معنى كلمة “مــادة”. حتى ذلك الوقت ، كانت “المادة” تعني أي شيء له جوهر ؛ حتى اليوم ، تعطي الكتب المدرسية هذا التعريف: “المادة تشغل حيزًا ولها كتلة”. من خلال إضافة مفهوم المادة المضادة على أنه متميز عن الـمادة ، قام الفيزيائيون بتضييق تعريف الـمادة لتطبيقه على أنواع معينة فقط من الجسيمات ، بما في ذلك ، مع ذلك ، كل تلك الموجودة في التجربة اليومية.
يمكن إنتاج أي زوج من الجسيمات المتطابقة والجسيم المضاد في أي وقت تتوفر فيه طاقة كافية لتوفير طاقة الكتلة اللازمة. وبالمثل ، في أي وقت يلتقي الجسيم مع الجسيم المضاد المطابق له ، يمكن لكليهما تدمير بعضهما البعض ، أي أنهما يختفيان ، تاركين طاقتهما تتحول إلى شكل آخر.
لا يوجد فرق جوهري بين الجسيمات والجسيمات المضادة ؛ تظهر بشكل أساسي على نفس الأساس في جميع نظريات الجسيمات. هذا يعني أن قوانين الفيزياء للجسيمات المضادة مطابقة تقريبًا لتلك الخاصة بالجسيمات ؛ أي اختلاف هو تأثير ضئيل. لكن هناك بالتأكيد اختلاف كبير في عدد هذه الأشياء التي نجدها في العالم من حولنا ؛ كل العالم مصنوع من مادة. تختفي أي مـادة مضادة ننتجها في المختبر قريبًا لأنها تلتقي بجزيئات الـمادة المطابقة وتفني.
تقترح النظريات الحديثة لفيزياء الجسيمات وتطور الكون ، أو حتى تتطلب ، أن الـمادة الـمـضادة والـمادة كانتا شائعتين بشكل متساوٍ في المراحل الأولى ، فلماذا تعتبر الـمادة الـمـضادة غير شائعة اليوم؟ عدم التوازن الملحوظ بين الـمادة والمادة المضادة هو لغز لم يتم تفسيره بعد. بدونها ، سيكون الكون اليوم بالتأكيد مكانًا أقل إثارة للاهتمام ، لأنه لن يكون هناك أساسًا أي مادة متبقية ؛ قد حولت عمليات الإبادة كل شيء إلى إشعاع كهرومغناطيسي الآن. من الواضح أن هذا الخلل هو خاصية أساسية للعالم الذي نعرفه. محاولات شرحه هي مجال نشط للبحث اليوم.
للإجابة على هذا السؤال ، نحتاج إلى فهم أفضل لهذا الجزء الضئيل من قوانين الفيزياء التي تختلف باختلاف الـمادة والمادة المضادة ؛ بدون هذا الاختلاف ، لن تكون هناك طريقة لحدوث عدم التوازن. هذا التمييز هو موضوع الدراسة في عدد من التجارب حول العالم التي تركز على الاختلافات في تحلل الجسيمات المسماة B-mesons وشركائها من الجسيمات المضادة. سيتم إجراء هذه التجارب في كل من مرافق مصادم الإلكترون والبوزيترون المسماة مصانع B وفي مصادمات الهدرونات عالية الطاقة ، لأن كل نوع من المرافق يوفر قدرات مختلفة للمساهمة في دراسة هذه التفاصيل لقوانين الفيزياء – التفاصيل التي هي مسؤول عن خاصية مهمة للكون مثل حقيقة وجود أي شيء هناك على الإطلاق!
ما هي المادة المضادة | أغلى مادة على وجه الأرض
