لماذا لم يُفْنِ الكون نفسه بعد لحظات من الانفجار العظيم؟ اكتشاف جديد في CERN على الحدود الفرنسية السويسرية يقربنا خطوة من الإجابة عن هذا السؤال الأساسي حول سبب هيمنة المادة على المادة المضادة.
في حياتنا اليومية، كل ما نراه تقريبًا يتكون من مادة، بينما توجد المادة المضادة بكميات أقل بكثير. المادة والمادة المضادة شبه متطابقتين من حيث الكتلة، لكنهما تختلفان في الشحنة الكهربائية؛ فالبروتون يقابله البروتون المضاد، والإلكترون يقابله البوزيترون.
لكن التناظر في السلوك بين المادة والمادة المضادة ليس كاملًا. في ورقة بحثية نُشرت الأسبوع الماضي في Nature، أعلن فريق تجربة LHCb عن اكتشاف فروق في معدل تحلل الجسيمات المادية المسماة باريونات مقارنةً بمثيلاتها من المادة المضادة.
لغز اختفاء المادة المضادة
وفقًا للنماذج الكونية، نشأت كميات متساوية من المادة والمادة المضادة بعد الانفجار العظيم. وعند التقاء كل منهما، يُفنيان بعضهما ليتركا طاقة نقية. ومع ذلك، تُظهر الملاحظات الفلكية أن المادة المضادة في الكون الحالي شبه معدومة، ما يعني أن هناك اختلافًا في السلوك أدى إلى زوالها وبقاء المادة.
النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات يصف بعض هذه الفروق، لكنها صغيرة جدًا لتفسير غياب المادة المضادة، مما يشير إلى احتمال وجود جسيمات أساسية جديدة أو ظواهر فيزيائية تتجاوز النموذج الحالي.
أهمية القياسات الدقيقة
تُعد القياسات عالية الدقة لاختلافات المادة والمادة المضادة وسيلة للكشف عن الجسيمات الجديدة وفهم الفيزياء التي شكلت الكون. سبق أن رُصدت فروق في جسيمات الميونات (mesons)، وهناك دلائل على اختلاف سلوك النيوترينوات ونظائرها المضادة.
أما الاكتشاف الجديد من LHCb، فهو أول رصد لفروق بين الباريونات والباريونات المضادة، وهي الجسيمات التي تتكون من ثلاثة كواركات أو ثلاثة كواركات مضادة وتشكل معظم المادة المعروفة في الكون.
تفاصيل التجربة
تجربة LHCb في مصادم الهادرونات الكبير صُممت لقياس هذه الفروق بدقة. يشارك فيها أكثر من 1,800 عالم من 24 دولة. درس الفريق أكثر من 80,000 باريون “لامبدا-بي” (مكوَّنة من كوارك جمال وكوارك علوي وكوارك سفلي) ونظيراتها المضادة.
النتيجة: هذه الباريونات تتحلل إلى جسيمات محددة (بروتون، كاون، وبيونان) بمعدل أعلى بنسبة 5٪ من معدل التحلل لدى نظيراتها المضادة. رغم أن النسبة صغيرة، إلا أنها ذات دلالة إحصائية كافية لتُعد أول رصد من نوعه للباريونات.
الخطوة التالية
حتى الآن، كانت جميع القياسات ضمن نطاق تنبؤات النموذج القياسي، لكن هذه النتيجة تمثل تقدمًا مهمًا لأنها تخص الجسيمات المهيمنة على المادة في الكون. مع البيانات الحالية والمستقبلية، يأمل العلماء في دراسة هذه الفروق بعمق أكبر بحثًا عن أي إشارات لوجود جسيمات أساسية جديدة.
