في السنوات الأخيرة، بات لغز الاختلاف بين المادة والمادة المضادة موضع تركيز، وقد أدى هذا إلى اهتمام شديد بخصائص الجسيمات الغريبة والجسيمات المضادة - الكاوونات - اكتشف التي وجود تناظر طفيف فيها منذ نحو خمسين عاما، والجسيمات القاعية الشبيهة بها التي تم التنبؤ بوجود تناظر كبير بينها. وقد أدى هذا إلى مفهوم (مصانع الجسيمات) القادرة على إنتاج أكبر كم ممكن من الكاوونات أو الميزونات القاعية.

الفكرة هي إنتاج الإلكترونات والبوزيترونات على طاقات محددة، تكون «مضبوطة» بحيث تنتج الكاوونات أو الميزونات القاعية على الترتيب على حساب الأنواع الأخرى من الجسيمات في فراسكاتي قرب روما يوجد «دافني»، وهو مصادم صغير يمكن وضعه في قاعة أكبر قليلا من صالة التدريبات الرياضية. وهناك تفني الإلكترونات والبوزيترونات بعضها على طاقات قدرها 1 جيجا إلكترون فولت فقط، وهو الأمر المثالي لإنتاج الكاوونات.

كما يُحدث «مصنع الميزونات القاعية» تصادمات بين الإلكترونات والبوزيترونات على طاقات قدرها نحو 10 جيجا إلكترون فولت، والمضبوطة بحيث تنتج الميزونات القاعية وجسيماتها المضادة معًا. ومن فرط صعوبة التحدي جرى بناء معجلين في أواخر التسعينيات، وهما المعجل بي إي بي 2 في ستانفورد بكاليفورنيا، والمعجل كيه إي كيه بي في مختبر كيه إي كيه باليابان.

تختلف مصانع الميزونات القاعية عن مصادمات الإلكترونات - البوزيترونات السابقة بصورة مثيرة للاهتمام. ففي مصادمات الإلكترونات - البوزيترونات التقليدية تتحرك الحزم في اتجاهات متقابلة لكن بالسرعة عينها، بحيث إنه عندما تتقابل الجسيمات فإن بعضها يلغي حركة بعض. ويكون الانفجار الناتج عن إفناء الإلكترونات والبوزيترونات بعضها بعضا ساكنا، وتظهر الجسيمات الجديدة من المادة والمادة المضادة بانتظام في كل الاتجاهات. لكن في مصانع الميزونات القاعية، تتحرك الحزم المتصادمة بسرعات مختلفة، وهو ما يجعل الانفجار الناتج نفسه متحركا.

نتيجة لهذا التصادم غير المتناظر، تميل المادة والمادة المضادة الناتجة إلى الانطلاق في اتجاه الحزمة المبدئية الأسرع، وبسرعات أعلى مما يحدث في حالة حدوث الإفناء في حالة سكون. وهذا لا يسهل عملية رصد الجسيمات المتكونة وحسب، بل أيضًا الذرية التي تخلفها حين تفنى؛ وذلك بفضل أحد تأثيرات النسبية الخاصة (الإبطاء الزمني) والذي يتسبب في جعل الجسيمات تعيش لمدة أطول وتتحرك لمسافة أكبر (نحو مليمتر واحد) عندما تتحرك بسرعة عالية. ولهذا أهمية بالغة؛ لأن الميزون القاعي، في حالة السكون، يعيش فقط لمدة واحد بيكو ثانية؛ أي جزء على مليون المليون من الثانية، وهذا يقع على حدود قدرتنا على القياس.

ثمة خطط جارية لبناء مصانع للنيوترينوات، حيث ستمكننا المصادر القوية للنيوترينوات من دراسة هذه الجسيمات المبهمة. إن كتلة النيوترينوات صغيرة للغاية بحيث يستحيل قياسها، بَيْد أنه يمكن الحصول على قياسات غير مباشرة للاختلافات في كتلتها. بل إن هناك إمكانية أن النيوترينوات قد تتحول إلى نيوترينوات مضادة والعكس وستكون لتحوُّل شكل من أشكال المادة إلى شكل من المادة المضادة تبعات مهمة على فهمنا لهذا التناظر العميق. وهذه التأثيرات من الممكن قياسها في مصانع النيوترينوات المناسبة.

وأخيرا، يعمل الاكتشاف المتوقع لبوزون هيجز في عام 2012 والذي تبلغ كتلته 125 جيجا إلكترون فولت من بين الحطام المتخلف عن مصادمة البروتونات بالبروتونات أو البروتونات المضادة، على تولية قدر من الاهتمام لإنتاج أعداد ضخمة منها في ظروف أكثر إحكامًا. ولعمل ذلك، من المخطط إجراء تصادمات بين الإلكترونات والبوزيترونات على طاقات عظمى تبلغ 125 جيجا إلكترون فولت؛ ومن ثَمَّ يكثر الحديث عن بناء معجلين خطيين، أحدهما للإلكترونات والآخر للبوزيترونات وضبطهما بحيث ينتجان تصادمات مباشرة لحزم الجسيمات. هذا هو الشكل الذي من المرجح أن يكون عليه مستقبل الفيزياء التجريبية العالية الطاقة فيما يخص المعجلات.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays