المادة والمادة المضادة

المادة والمادة المضادة ..matter and antimatter
بقلم / كوكب البدري

خلق الله سبحانه وتعالى الكون وبث فيه أسرار الحياة وعجائب القدرة وبدائع حكمته ، ومافتيء الإنسان بما وهبه الله تعالى من عقل يتفكر وعين تبصر يبحث عن هذه الأسرار ويضع أسئلته في الوجود ويسعى لكشف ماخفي عنه .
لاريب ان سؤال : "متى وكيف كانت البداية ؟ " هو أول الأسئلة التي لم يجد الانسان لها جوابا نهائيا ؛ فوضع الأجوبة أما بشكل أساطير كما في أسطورة الخليقة البابلية وأخرى بشكل نظرية علمية لها دلالاتها وقوانينها ونظرياتها ..
ولأن نظرية الإنفجار العظيم هي من اكثر النّظريات قبولا بين العلماء ( ومعارضة عدد منهم ايضا ) وقبل أن أشرع بمشاركة مااعرفه عن هذه النّظرية مع اعضاء وقرّاء المنتدى فلابد من الألمام ببعض المصطلحات مثلا : المادة والمادة المضادة ( الضديدة ) matter and antimatter ، اللبتونات ..الخ

الجسيمات الأولية اللبتونات :
هي جسيمات أصغر من النّواة وهي كثيرة ومتنوعة وأغلبها غير مستقرة وتنحل خلال ثوان ٍ إلى جسيمات أخرى إلى أن تستقر على جسيم معين ومعروف منها ست أنواع مثل الألكترون والميون والتاو وثلاث انواع من النيوترينو

المادة المضادة :
لقد بينت التجارب المختبرية ؛ إن تحول الطاقة إلى مادة ينتج زوجا من الجسيمات ؛ هما المادة وضديدها ، ولها خاصيتان رئيسيتان :
1- إن المادة الضديدة لها شحنة مخالفة ( او بلا شحنة ) . ، مثلا :
الألكترون جسيم سالب الشحنة ، بينما الجسيم المضاد له يحمل شحنة موجبة رغم تساوي قيمة كتلتيهما ويسمى البوزيترون ..
كذلك بالنسبة للبروتون الموجب الشّحنة ، يقابله جسيم مضاد له ذو شحنة سالبة ..
ومن خصائص لقاء المادة والمادة المضادة لها هو فناءهما وانبعاث كمية من الطاقة الخالصة ...


2- إن احد الزّوجين يكون من مادة أولية بينما الآخر يسمى الضديد .

بداية الفرضية :

في العام 1930 وبينما كان باول ديراك يضع افتراضه او تصوره الأول للألكترون حسب النّظرية النسبية وميكانيك الكم ، كانت إحدى نتائج افتراضه هو وجوب وجود جسيم مضاد للألكترون ذو كتلة مساوية لكن بشحنة مخالفة وزخم مغناطيسي مخالف

وفي العام 1932 كان كارل أندرسون يتفحص الأثر النّأتج عن الأشعة الكونية فرسم أحد الجسيمات أثرا يشابه مايرسمه الألكترون ولكن إنحناء مسار المجال المغناطيسي أظهر انه موجب الشّحنة ..فأسمى هذا الألكترون الموجب بالبوزيترون

وفي العام 1950 قام الفيزيائيون في مختبرات " لورينس راديشن " بغنتاج ضديد البروتون باستخدام مسرع بيفاترون .. ولتوليد ضديد البروتون فإن البروتونات تُسَرَّع بطاقة كبيرة ثم جعلها تصطدم بهدف يحتوي على بروتونات أخرى ..
ان الجسيمات والجسيمات المضادة تفنى حين تلقتقي حيث يختفيان ، امّا الطاقة الحركية للكتلة السكونية المتبقية فتتحول إلى جسيمات أخرى حسب :
(. .E = mc 2 )
مثلا عند التقاء الألكترون والبوزيترون فانهما يتعرضان للفناء وينتج شعاعان من أشعة گاما كل منهما بطاقة " 511 " كيلو ألكترون فولط ، ويذهب كل شعاع باتجاه .


أي إن الأشعاع ( الطاقة الكهرومغناطيسية ) تتحل إلى مادة بشكل زوج " جسيم وجسيم ضديد " وكذلك المادة تتحول إلى إشعاع . ففي الكون البدائي حدثت الإزاحة بين المادة والطّاقة بصورة مستمرة كلما تكونت المادة وانفنت .

لكن هذا التّحول إلى زوج ( جسيم – جسيم ضديد ) لايمكن أن يتم إلا إذا كان قيمة حاصل ضرب كتلة الزوج المتكون في مربع سرعة الضوء ( mc^2 )أقل من طاقة الإشعاع E. مثلا :
كي يتكون زوج ألكترون بوزيترون ) فغن الإشعاع يحتاج لطول موجي أقصر من 0.0012 نانومتر . وأي زيادة في طاقة الفوتون تكون الطاقة الحركية لزوج ( الكترون – بوزيترون ).
إن الإشعاع بهذه الطاقة العالية يكون في درجات حرارة عالية ، مثلا كي يتكون زوج من ( الألكترون بوزيترون ) فغن درجة الحرارة يجب ان تكون ( 6x 10^6 ) كلفن وهو ماكان حقيقة في الثانية الأولى من الانفجار الكوني


أين ذهبت المادة المضادة؟؟


حسب قانون التّماثل : " إن ّ المادة لايمكن أن تُخَلَّق زيادة عن المادة المضادة مالم تتصرف أحد انواعها تصرفا مختلفا . أي انه يفترض أن كل مافي الكون من مادة ومادة ضديدة يكون بمقادير متساوية ..لكن لو جزمنا بهذا القانون فالنّتيجة انه لاوجود لكونناالحالي مادام لقاء المادة وضديدها يؤدي الى فنائهما وانبعاث طاقة عالية ..إذن السؤال كيف تكون الكون من المادة ( اللبتونات الأولية ) وأين ذهبت المادة الضديدة ؟
عن هذا السؤال ؛ يقول د. ميشيل داين : إلى السّتينات من القرن العشرين كنّأ نعتقد أن قوانين الطّبيعة تؤيد التّماثل في مستوى المقادير بين المادة والمادة الضّديدة ، ولكننا نعلم الآن ان هذا التماثل ليس كاملا


إذ أثبت الفيزيائيون عام 1964 في تجربة مع أحد الجسيمات الأولية يسمى ميزون k
، ان الانحلال في المادة الضديدة يحدث أسرع من الإنحلال في المادة العادية
وبعد 37 عاما ثبت إن جسيما آخر هو ميزون B ايضا يخالف مبدأالتماثل حيث وجد العلماء الفرق بين المادة والمادة الضديدة من خلال معرفة هذا الجسيم والجسيم الضديد له ، وتم أول إعلان عنه في يوم 26/7/2001 بعد بحوث تواصلت لمدة ثلاثة سنوات وتحليل 88 مليون تجربة وجهد مشترك من 500 عالم وفني من كندا ، الصّين ، المانيا ، بريطانيا ، إيطاليا ن النرويج ، روسيا والولايات المتحدة

إن أهمية الميزون b تكمن في تفسير وجود المادة في الكون ولذلك يقول العلماء عمّا جرى في بدء خلق الكون : يجب أن يكون تم التفضيل بأجزاء من الثّانية بعد الإنفجار العظيم ؛ لإنّه كان المطلوب كمية قليلة من المادة أكثر من المادة الضّديدة بمقدارجزء واحد من كل بليون جزء ...وبذلك ذهبت تلك المادة الضديدة بالتصادم مع المادة وبقي ذلك الجزء من المادة الذي تولد عنه الكون ..






المصادر :

Bathways to Astronomy , schnieder Arny , 2007
. علي حسان عبد الله / مجلة العربي / عدد 572/تموز 2006

فلنتحدث اكثر عن الجسيمات الأولية
الكواركات quarks :
أول من أشار إليها موراي جيل –مان

جسيمات أساسية تتألف منها البروتينات والنيوترونات ، لها شحنات كهربائية كسرية ولونية colored charge ، ولاتوجد بصورة منفردة بل تتكون من تجمعات تسمى الهادرونات .وتترابط الكواركات بواسطة القوة الشديدة، وهي إحدى أربع قوى أساسية تحكم الكون. وتحمل هذه القوة الشديدة جسيمات أولية أخرى تسمى الغليونات



الهادرونات Hadrons: هي تجمع من الكواركات وضديد الكواركات ، لها شحنة كهربائية صحيحة العدد وليست بشحنة لونية رغم ان الكواركات المكونة لها هي شحنات لونية كما ذكرنا ،وهي إما :

ميزونات : تحتوي على كوارك واحد وضديد الكوارك ، مثل البايون
او
باريونات : هي اي هادرون يتكون من ثلاث كواركات ، مثل البروتونات والنيوترونات ، حيث يتألف كل منهما من ثلاث كواركات

الآن يكون السؤال ماذا عن الجسيمات المتعادلة الشحنة الكهربائية ؛ هل لها جسيم ضديد ؟ كالنيوترون والفوتون والغرافيتون ..؟
للاجابة عن هذا السؤال سنأخذ النيوترون كمثال لجسيم متعادل الشّحنة الكهربائية ( لاشحنة له )
فالنيوترون وهو ثالث مكونات الذرة بعد الالكترونات السالبة والبروتونات الموجبة ذو كتلة نزيد بمقدار شعرة ضئيلة عن كتلة البروتون ..تم اكتشافه عام 1935 على يد البريطاني جايمس تشادويك ونال بذلك على جائزة نوبل للفيزياء ..
رغم انه متعادل الشحنة الكهربائية لكن هذا لم يمنع الفيزيائيين من التفكير باحتمالية وجود نيوترون مضاد فكانت الفكرة انه لو تصادف اقتراب بروتون من بروتون مضاد في شبه تلامس ؛ فقد لايؤدي ذلك الى فناء متبادل ، بل الى ابطال شحنتيهما الكهربائيتين ، مما يخلف جسيمين مضادين محايدين قد يكونان نقيضين بشكل ما ، بكلمة أخرى : نيوترون ونيوترون مضاد ..

ومرة أخرى إذا تكون نيوترون ونيوترون مضاد فلابد للنيوترون المضاد من التصادم مع نيوترون آخر ، فيتم الفناء المتبادل ، مع توليد جسيمات بطريقة ما مميزة .. وبهذا اكتشف النيوترون المضاد حقيقة عام 1956 وبعد عامين تم التأكدد من تفاعل فنائه .
لكن كيف يتم تمييز النيوترون عن النيوترون المضاد وكلاهما بلا شحنة كهربائية إجمالية ؟
يقول إسحق عظيموف : رغم كون النيوترون خاليا من أي شحنة كهربائية " متعادل الشحنة " فإن له شيئا مميزا هو "التدويم " spin ( الدوران حول نفسه ) الذي يولد حقلا مغناطيسيا اما النيوترون المضاد فهو ذو تدويم في اتجاه معاكس وبالتالي فهو ذو حقل مغناطيسي معاكس لحقل النيوترون ...

أمّا الفوتون ( وحدة الموجة الكهرومغناطيسية من أشعة غاما وحتى الموجات الراديوية بمرمرا بموجات الضوء المرئي ) فلا وجود لأي فوتون مضاد منفصل حتى نظريا أي انه جسيم وجسيم مضاد في آن معا
وكذلك الحال مع الغرافيتون

الغالية كوكب

معلومات قيمة
نتاج بحوث ودراسات طويلة
وضعتها هنا لنتعرف عليها عن قرب
شكراً لجهودك

زيدينا من علومك
دمتِ بخير
محبتي

الف شكر لك امي العزيزة

ووردة لقلبك الجميل