تحيط بالمادة المضادة هالة من الغموض، تلك المادة التي يُفترض أن تكون نسخة مطابقة من المادة المألوفة لدينا، لكن يكون فيها اليمين يسارًا، والشمال جنوبا، ويسير الزمن فيها على نحو معكوس. وأكثر خصائص هذه المادة شهرةً هي قدرتها على تدمير المادة في غمضة عين، بحيث تحوّل المادة التي تتألف منها أجسامنا إلى طاقة صافية. في الخيال العلمي، تغري الكواكب المكوَّنة من المادة المضادة المسافرين جاذبة إياهم نحو هلاكهم، حتى بينما تمد ذرات الهيدروجين المضاد محركات مركباتهم الفضائية بالطاقة. لكن في الواقع الفعلي، ووفق كل ما توصلنا إليه بعد عقود من الأبحاث الفيزيائية التجريبية، فإن الكون الوليد كان كأتون متقد من الطاقة، توازنت فيه مقادير المادة والمادة المضادة. وهذا يستدعي السؤال: لماذا لم تفنّ المادة والمادة المضادة في رقصة محمومة من الإفناء المتبادل؟ وما السبب وراء وجود أي شيء في كوننا اليوم، بعد مرور نحو أربعة عشر ألف مليون عام على مولده؟

هذا اللغز حقيقة وجودنا ذاته؛ فأجسامنا تتألف من المادة، شأنها شأن كل يمس شيء آخر نعرفه في الكون، وليس هناك مناجم للمادة المضادة على الأرض، وهذا أمر مفهوم لأنها ستدمر على الفور من قبل المادة المحيطة بها مُحدثة نتائج كارثية. بصورة ما، في غضون لحظات من الانفجار العظيم، تمكَّنَتِ المادة من أن تكون لها الكلمة العليا، وفنيت المادة المضادة، واستمرت الطاقة الحرارية المتخلفة عن هذا الدمار اليوم تبلغ حرارتها 3 درجات فوق الصفر المطلق، وتُعرف باسم إشعاع الخلفية الكوني)، وفي نهاية المطاف تكتَّلَ ما تبقى من مادة مكونا مجرات النجوم. لا بد من وجود ما يميز المادة عن المادة المضادة، وهذا الفارق المميز هو ما جعل الكلمة العليا للمادة. انشغل الفيزيائيون وعلماء الكونيات بهذه المسألة لسنوات. ظهر أحد الأدلة الحاسمة الخاصة بهذا الأمر عام 1964، ومؤخرًا فقط في - أعقاب المزيد من الاكتشافات والتطورات التكنولوجية - صار من الممكن الاستفادة من هذا الدليل وربما حسم المسألة تمامًا. كان هذا الدليل هو اكتشاف أن ثمة انعدامًا بسيطًا في التوازن تظهره الطبيعة؛ ميلا في سلوك بعض الجسيمات الغريبة» بعينها على غرار الكاوون K⁰ المتعادل الشحنة الذي لا يحاكيه على نحو دقيق نظيره المضاد K^0̅

اكتشفت الجسيمات الغريبة عام 1947 وسط الحطام المتخلف عن اصطدام الأشعة الكونية بطبقة الغلاف الجوي العليا، وقد ساعد إدراكنا أن هناك مادة عجيبة من نوع ما في الكون على تحفيزنا لبناء معجلات الجسيمات التي صارت قادرة على إنتاج جسيمات غريبة - على غرار ميزونات كيه (التي تحتوي على كاوون) – بوفرة. وهكذا في عام 1964 اكتشف فريق من العلماء في مختبر بروكهافن الوطني في نيويورك أنه في نحو كل مليون عملية تحلُّل لميزونات كيه أخفقت المادة والمادة المضادة في التوازن لمرة واحدة. يتسم انعدام التناظر هذا بأنه طفيف للغاية، لدرجة أن تقصيه كان من أكثر عمليات القياس صعوبة وحساسية في الفيزياء الحديثة، وقد حدث تقدم مفاجئ عام 1977 عند اكتشاف أول أمثلة على الجسيمات «القاعية»، وإدراك أنها في حقيقتها النسخ الأثقل للجسيمات الغريبة. ومثلما تُبرز الجسيمات الغريبة الفارق بين المادة والمادة المضادة، يمكن أن يحدث الأمر عينه مع الجسيمات القاعية. وبالفعل حين أكَدَ اكتشاف الكواركات القمية والقاعية أن الطبيعة أوجدت ثلاثة أجيال من الكواركات ومن الكواركات المضادة، بدت المعادلات الناتجة على نحو مدهش وكأنها تقضي ضمنًا بأن عدم التناظر بين المادة والمادة المضادة في الجسيمات القاعية كان حتميًّا. لقد تمَّ التنبؤ بأن انعدام التناظر الطفيف للغاية بين الكاوون K⁰ والكاوون المضاد K^0̅، سيكون كبيرًا في حالة الميزونات القاعية B⁰ وB^0̅. هل يمكن لوجود ثلاثة أجيال، وتحديدا وجود الكواركات القاعية، أن يحمل بشكل ما مفتاح حلٌّ هذا اللغز؟ فبما أن الكواركات القاعية كانت وفيرة في اللحظات الأولى من عمر الكون، هل يمكن لها أن تحمل سر ظهور هذا الكون غير المتناظر، الذي تهيمن عليه المادة اليوم؟

للإجابة على هذا السؤال كان من الضروري إنتاج مليارات من الميزونات القاعية والميزونات القاعية المضادة، ودراستها تفصيلا. ولتحقيق هذا المأرب صُمِّمَت «مصانع الميزونات القاعية» - وهي معجلات تتصادم فيها الإلكترونات والبوزيترونات على طاقات قدرها نحو 10 جيجا إلكترون فولت ومن ثَمَّ تُنتَج الميزونات القاعية والميزونات القاعية المضادة فيها بغزارة - وشيدت في كاليفورنيا واليابان إنها آلات صغيرة الحجم نسبيًّا بمعايير فيزياء الجسيمات الحديثة، لا يزيد محيطها عن بضع مئات من الأمتار، حيث أنها تحوي حِزَمًا عالية الكثافة يجري التحكم فيها بمستوى كبير غير مسبوق من الدقة.

اكتمل المعجلان عام 1999، وبعد الاختبار التجريبي بدأ المعجلان في جمع البيانات، لكن الحصول على نتائج حاسمة سيتطلب إنتاج ودراسة أعداد هائلة من الجسيمات القاعية. الأمر أشبه بإلقاء عملة: فقد تسببت الصدفة في ظهور أحد الوجهين خمس أو عشر مرات على التوالي، لكن لو استمر هذا في الحدوث، فلا بد من أن شيئًا ما يميز هذه العملة. وهكذا الحال عند دراسة الجسيمات دون الذرية السريعة الزوال؛ فهي تعيش لأقل من غمضة عين، وما يتبقى بعد موتها - بقايا حفرياتها لو شئت أن تسميها هكذا - هو ما نجحنا في فك شفرته، ونحن بحاجة لأعداد كبيرة للغاية من هذه الحفريات كي نعرف ما إذا كانت الفوارق حقيقية أم نتاج الصدفة.

هناك أنواع عديدة من الحفريات يمكن دراستها، وقد بدأت فِرَقٌ متخصصة في المعجلين في جمع وقياس خصائص العديد من هذه الحفريات. ضمن هذه الحفريات هناك نوع معين يُعرف باسم «تفاعل الجسيم ساي - الكاوون القصير». فيه يتحلل الميزون القاعي أو الميزون القاعي المضاد مخلفا الجسيم ساي، إلى جانب خليط معين من الكاوونات والكاوونات المضادة - يتنبأ المنظرون أنه سيكون أوضح المؤشرات على وجود اختلاف بين المادة القاعية والمادة القاعية المضادة. وبحلول عام 2003 صار من الجلي أن هذه التحللات تُظهر فارقًا كبيرًا بين المادة والمادة المضادة، حسب ما جرى بالفعل التنبؤ به، وسنحتاج عدة سنوات من دراسة خصائص الجسيمات القاعية، من أجل تحديد ما إذا كانت الإجابة الكاملة للغز انعدام التناظر بين المادة والمادة المضادة على المستوى الكبير تكمن في البذور الأساسية للمادة، أم أن انعدام التناظر الذي تُظهره الجسيمات الغريبة والقاعية ما هو إلا ظاهرة غامضة مقتصرة على هذه الصور العجيبة من الجسيمات.

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