يملأ الفراغ الخشن الخشن الفضاء الكمومي ، ويشوه شكل كل ذرة هيدروجين في الكون. والآن نعلم أنه يشوه أيضًا التوأم المضاد للعالم الغازي للهيدروجين: مضاد الهيدروجين.
المادة المضادة هي مادة غير مفهومة ، نادرة في عالمنا ، تحاكي المادة بشكل مثالي تقريبًا ، ولكن مع انعكاس كل الخصائص. على سبيل المثال ، الإلكترونات هي جزيئات مادة صغيرة تحمل شحنة سالبة. التوائم المضادة للمادة هي "بوزيترونات" صغيرة تحمل شحنة موجبة. اجمع بين الإلكترون والبروتون (جسيم المادة الأكبر المشحون بإيجابية) ، وستحصل على ذرة هيدروجين بسيطة. اجمع بين مادة مضادة للبوزيترون و "مضاد بروتون" وستحصل على مضاد هيدروجين. عندما تلامس المادة العادية والمادة المضادة ، فإن المادة والجسيمات المضادة للمادة تبيد بعضها البعض.
في الوقت الحالي ، يبدو أن المادة المضادة هي التوأم المثالي والعدائي للمادة ، وأحد الألغاز العظيمة للفيزياء هو سبب سيطرة المادة على الفضاء حيث أصبحت المادة المضادة لاعبًا صغيرًا في الكون. يمكن أن يساعد العثور على بعض الاختلاف بين الاثنين في تفسير بنية الكون الحديث.
قال ماكوتو فوجيوارا ، فيزيائي الجسيمات الكندي المنتسب لـ CERN والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة ، المنشورة في 19 فبراير في مجلة Nature ، إن تحول لامب كان مكانًا جيدًا للبحث عن هذا النوع من الاختلاف. عرف علماء الفيزياء الكمومية عن هذا التأثير الكمي الغريب ، الذي سمي على اسم الفيزيائي في جامعة أريزونا ويليس لامب ، منذ عام 1947. في أول مؤتمر كبير للفيزيائيين الأمريكيين بعد الحرب ، كشف لامب أن شيئًا غير مرئي داخل ذرات الهيدروجين يدفع جزيئاتها الداخلية ، مما يخلق فجوة أكبر بين البروتون والإلكترون المداري مما سمحت به النظرية النووية الحالية.
وقال فوجيوارا لـ "لايف ساينس": "من الناحية التقريبية ، فإن تحول الحمل هو مظهر مادي لتأثير الفراغ". "عندما تفكر عادة في الفراغ ، تفكر في" لا شيء ". ومع ذلك ، ووفقًا لنظرية فيزياء الكم ، فإن الفراغ مليء بما يسمى "الجسيمات الافتراضية" التي تولد وتتلف باستمرار.
هذا الفقاعة الخارقة للجسيمات القصيرة نصف الحقيقية لها تأثيرات حقيقية على الكون المحيط. وداخل ذرات الهيدروجين يخلق ضغطًا يفصل بين الجسيمين المرتبطين. حصل الاكتشاف غير المتوقع على لامب عام 1955 جائزة نوبل في الفيزياء.
لكن في حين أن علماء الفيزياء يعرفون منذ عقود أن تحول لامب يغير الهيدروجين ، لم يكن لديهم أي فكرة عما إذا كان يؤثر أيضًا على الهيدروجين المضاد.
أراد فوجيوارا وزملاؤه معرفة ذلك.
وقال فوجيوارا لـ Live Science: "الهدف العام لدراساتنا هو معرفة ما إذا كان هناك أي اختلاف بين الهيدروجين ومضاد الهيدروجين ، ولا نعرف مقدمًا أين قد يظهر مثل هذا الاختلاف".
لدراسة هذا السؤال ، جمع الباحثون بشق الأنفس عينات من الهيدروجين المضاد باستخدام تجربة مضاد المادة الهيدروجينية فيزياء الليزر (ALPHA) في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، مختبر الفيزياء النووية العملاق في القارة. قال فوجيوارا إن ALPHA تستغرق بضع ساعات لتوليد عينة مضادة للهيدروجين كبيرة بما يكفي للعمل معها.
يعلق المادة في المجالات المغناطيسية التي تبدد المادة. ثم ضرب باحثو ALPHA مضاد الهيدروجين المحبوس بواسطة ضوء الليزر لدراسة كيفية تفاعل المادة المضادة مع الفوتونات ، والتي يمكن أن تكشف عن الخصائص المخفية للذرات المضادة الصغيرة.
بتكرار تجربتهم اثنتي عشرة مرة على عينات مختلفة من الهيدروجين تحت ظروف مختلفة ، لم يجد باحثو ALPHA أي فرق بين تحول الحمل في الهيدروجين وتحول الحمل في الهيدروجين المضاد الذي يمكن لأدواتهم اكتشافه.
وقال فوجيوارا "في الوقت الحالي ، لا يوجد فرق معروف بين الخصائص الأساسية لمضادات الهيدروجين والهيدروجين العادي". "إذا وجدنا أي اختلاف ، حتى ولو كان أصغر شيء ، فسيفرض تغييرًا جذريًا في طريقة فهمنا لعالمنا المادي."
على الرغم من أن الباحثين لم يجدوا أي اختلافات حتى الآن ، فإن فيزياء الهيدروجين لا تزال مجالًا جديدًا. لم يكن لدى الفيزيائيين حتى أي عينات من المواد التي تمت دراستها بسهولة حتى عام 2002 ، ولم تبدأ ALPHA في احتجاز عينات الهيدروجين بشكل روتيني حتى عام 2011.
قال فوجيوارا إن هذا الاكتشاف هو "خطوة أولى" ، ولكن لا يزال هناك الكثير من الأمور المتبقية للدراسة قبل أن يفهم علماء الفيزياء حقًا كيفية مقارنة الهيدروجين ومضاد الهيدروجين.
