في وقت مبكر جدا الكون، بعد وقت قصير من الانفجار الكبير،يهمو"المادة المضادة" كلاهما موجودان بكمية متساوية. لكن لأسباب غير معروفة حتى الآن،يهم"يهيمن على الحاضر الكون. أظهر باحثو T2K مؤخرًا حدوث انتهاك محتمل لتكافؤ الشحنة في النيوترينو والتذبذبات المضادة للنيوترينو المقابلة. وهذه خطوة إلى الأمام في فهم السبب يهم يهيمن على الكون.
الانفجار العظيم (الذي حدث منذ حوالي 13.8 مليار سنة) والنظريات الفيزيائية الأخرى ذات الصلة تشير إلى ذلك في وقت مبكر الكون كان الإشعاع "المسيطر" و "يهم' و ال 'المادة المضادة"موجودة بكميات متساوية.
لكن الكون التي نعرفها اليوم هي "المادة" المهيمنة. لماذا؟ هذا هو واحد من الأسرار الأكثر إثارة للاهتمام الكون. (1).
• الكون التي نعرفها اليوم بدأت بكميات متساوية من "المادة" و "المادة المضادة" ، وكلاهما تم إنشاؤهما في أزواج وفقًا لما يتطلبه قانون الطبيعة ثم تم إبادتهما بشكل متكرر لإنتاج إشعاع يُعرف باسم "إشعاع الخلفية الكونية". في غضون حوالي 100 دقيقة من الانفجار العظيم ، بدأت المادة (الجسيمات) بطريقة ما في التفوق على الجسيم المضاد بمقدار واحد من كل مليار ، وفي غضون ثوانٍ ، تم تدمير كل المادة المضادة ، تاركةً ورائها المادة فقط.
ما هي العملية أو الآلية التي من شأنها أن تخلق هذا النوع من الاختلاف أو عدم التناسق بين المادة والمادة المضادة؟
في عام 1967، افترض عالم الفيزياء النظرية الروسي أندريه ساخاروف ثلاثة شروط ضرورية لحدوث خلل في التوازن (أو إنتاج المادة والمادة المضادة بمعدلات مختلفة) في الكون. الكون. شرط ساخاروف الأول هو انتهاك رقم الباريون (رقم كمي يظل محفوظًا في التفاعل). وهذا يعني أن البروتونات تتحلل ببطء شديد إلى جسيمات دون ذرية أخف مثل البيون المحايد والبوزيترون. وبالمثل، يضمحل البروتون المضاد إلى بيون وإلكترون. الشرط الثاني هو انتهاك تماثل اقتران الشحنة، C، وتماثل تكافؤ اقتران الشحنة، CP ويسمى أيضًا انتهاك تكافؤ الشحنة. الشرط الثالث هو أن العملية التي تولد عدم تناسق الباريونات يجب ألا تكون في حالة توازن حراري بسبب التمدد السريع مما يقلل من حدوث الفناء الزوجي.
إنه معيار ساخاروف الثاني لانتهاك CP ، وهو مثال على نوع من عدم التناسق بين الجسيمات وجسيماتها المضادة الذي يصف الطريقة التي تتحلل بها. من خلال مقارنة الطريقة التي تتصرف بها الجسيمات والجسيمات المضادة ، أي الطريقة التي تتحرك بها وتتفاعل وتتحلل ، يمكن للعلماء العثور على دليل على هذا التباين. يوفر انتهاك CP دليلًا على أن بعض العمليات الفيزيائية غير المعروفة مسؤولة عن الإنتاج التفاضلي للمادة والمادة المضادة.
من المعروف أن التفاعلات الكهرومغناطيسية و "القوية" متناظرة تحت C و P ، وبالتالي فهي متماثلة أيضًا تحت المنتج CP (3). "" ومع ذلك ، ليس هذا بالضرورة هو الحال بالنسبة لـ "التفاعل الضعيف" ، الذي ينتهك تناظر C و P " يقول البروفيسور بي إيه روبسون. ويضيف أيضًا أن "انتهاك CP في التفاعلات الضعيفة يعني أن مثل هذه العمليات الفيزيائية يمكن أن تؤدي إلى انتهاك غير مباشر لعدد الباريون، لذلك يتم تفضيل إنشاء المادة على إنشاء المادة المضادة". لا تُظهر الجسيمات غير الكواركية أي انتهاكات لـ CP في حين أن انتهاك CP في الكواركات صغير جدًا وغير مهم بحيث لا يوجد فرق في تكوين المادة والمادة المضادة. لذلك، انتهاك CP في اللبتونات (النيوترونات) تصبح مهمة وإذا ثبت فإنه يجيب على السبب الكون هي المادة المهيمنة.
على الرغم من أن انتهاك تناظر CP لم يتم إثباته بشكل قاطع (1) ، إلا أن النتائج التي أبلغ عنها فريق T2K تظهر مؤخرًا أن العلماء قريبون جدًا منه. لقد ثبت لأول مرة أن الانتقال من الجسيم إلى الإلكترون والنيوترينو مفضل على الانتقال من الجسيم المضاد إلى الإلكترون ومضاد النوترينو ، من خلال تجارب معقدة للغاية في T2K (توكاي إلى كاميوكا) (2). يشير T2K إلى زوج من المختبرات ، مجمع أبحاث مسرع البروتون الياباني (J-Parc) في توكاي ومرصد Super-Kamiokande للنيوترينو تحت الأرض في كاميوكا ، تفصل اليابان عن بعضها بنحو 300 كيلومتر. قام مُسرع البروتونات في توكاي بتوليد الجسيمات والجسيمات المضادة من الاصطدامات عالية الطاقة وأجهزة الكشف في كاميوكا ولاحظت النيوترينوات ونظيراتها من المادة المضادة ، مضادات النترينو من خلال إجراء قياسات دقيقة للغاية.
بعد تحليل عدة سنوات من البيانات في T2K، تمكن العلماء من قياس المعلمة المسماة delta-CP، والتي تتحكم في كسر تماثل CP في تذبذب النيوترينو، ووجدوا عدم التطابق أو التفضيل لتعزيز معدل النيوترينو الذي يمكن أن يؤدي في النهاية إلى تأكيد انتهاك CP في الطريقة التي تتأرجح بها النيوترينوات والنيوترينوات المضادة. تعتبر النتائج التي توصل إليها فريق T2K ذات دلالة إحصائية تبلغ 3 سيجما أو مستوى ثقة 99.7%. إنه إنجاز بارز حيث أن تأكيد انتهاك CP المتعلق بالنيوترينوات يرتبط بهيمنة المادة في الكون. الكون. المزيد من التجارب مع قاعدة بيانات أكبر ستختبر ما إذا كان انتهاك تناظر CP اللبتوني أكبر من انتهاك CP في الكواركات. إذا كان الأمر كذلك فسنحصل أخيرًا على إجابة السؤال لماذا الكون هي المادة المهيمنة.
على الرغم من أن تجربة T2K لا تثبت بوضوح أن انتهاك تماثل CP قد حدث، إلا أنها تعد علامة فارقة بمعنى أنها تظهر بشكل قاطع تفضيلًا قويًا لمعدل نيوترونات الإلكترون المعزز وتقربنا من إثبات حدوث انتهاك تماثل CP وفي النهاية إلى الإجابة 'لماذا الكون هي المادة المهيمنة".
***
المراجع:
1. جامعة طوكيو ، 2020. http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ تم الوصول إليه في 17 أبريل 2020.
2. The T2K Collaboration ، 2020. القيد على المادة - طور انتهاك تناظر المادة المضادة في تذبذبات النيوترينو. حجم الطبيعة 580 ، الصفحات 339-344 (2020). تاريخ النشر: 15 أبريل 2020. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. روبسون ، بكالوريوس ، 2018. مشكلة عدم تناسق المادة والمادة المضادة. مجلة فيزياء الطاقة العالية والجاذبية وعلم الكونيات 4 ، 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
