سر الكون المظلم: أين ذهبت كل المادة المضادة؟

تتفاعل الإلكترونات ونظيراتها من المادة المضادة ، البوزيترونات ، حول نجم نيوتروني في هذا التصور. لماذا توجد مادة أكثر بكثير من المادة المضادة في الكون يمكننا رؤيتها؟

تتفاعل الإلكترونات ونظيراتها من المادة المضادة ، البوزيترونات ، حول نجم نيوتروني في هذا التصور. لماذا توجد مادة أكثر بكثير من المادة المضادة في الكون يمكننا رؤيتها؟ (رصيد الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا)



بول إم سوتر هو عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية أوهايو ، مضيف اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء ، ومؤلف مكانك في الكون . ساهم سوتر في هذا المقال أصوات الخبراء في موقع ProfoundSpace.org: افتتاحية ورؤى .



لذلك هناك مادة تسمى 'المادة المضادة'. انت من الممكن انك سمعت عنة. إنها تمامًا مثل المادة العادية ، مع جميع الخصائص نفسها وجميع القدرات نفسها لتكوين الذرات والجزيئات ، باستثناء اختلاف واحد مهم: لها شحنة معاكسة. خذ الإلكترون المتواضع ، على سبيل المثال. كتلة 9.11 × 10 ^ -31 كجم. دوران كمي بمقدار 1/2. المسؤول عن -1.6 × 10 ^ -9 كولوم.

لديها توأم شرير من المادة المضادة ، البوزيترون. كتلة البوزيترون 9.11 × 10 ^ -31 كجم. دوران كمي بمقدار 1/2. المسؤول عن ... 1.6 × 10 ^ -9 كولوم.



متعلق ب: هل تعمل محركات المادة المضادة على تزويد المركبات الفضائية الأولى بالطاقة؟ (فيديو)

إنه نفس الشيء بالنسبة لكل جسيم آخر هناك. يوجد توأم ذو جانب مظلم للكوارك العلوي ، النيوترينو ، الميون وما إلى ذلك. جميع الجسيمات الأساسية التي تشكل حياتنا اليومية لها شريك يعيش على الجانب الآخر من سياج الشحن.

كل هذا جيد ورائع وليس مشكلة كبيرة على الإطلاق ، باستثناء شيء واحد ، وهو جزء صغير جدًا من الصفقة الكبيرة. بقدر ما يمكننا فهم النظرية والنظر في الملاحظات ، لا يقتصر الأمر على اقتران المادة والمادة المضادة على هذا النحو ، بل إنهما متماثلان. كل جسيم من مادة عادية ينتج في تفاعل يأتي مقترنًا بأشقاءه من المادة المضادة.



الاستنتاج الوحيد: يجب أن يسبح كوننا مع المادة المضادة ، الموجودة في أجزاء متساوية مع المادة العادية. كواكب ونجوم ومجرات كاملة مصنوعة من مادة مضادة! أو على الأقل ، تطفو كميات كبيرة من جسيمات المادة المضادة في الفضاء ، وتهتم بشؤونها الخاصة.

ولكن عندما تلتقي المادة والمادة المضادة ، فهذه أخبار سيئة. مثلما يتم إنتاج الأزواج في تناسق مثالي في التفاعلات الأساسية ، يتم تدميرها في التناظر أيضًا. عندما يلتقي الجسيم أخيرًا ويتصافح مع أفضل صديق له ، ينتهي به الأمر مثل بوتش كاسيدي وصندانس كيد: يسقطون في وهج من المجد.

يتم تحويل كل مادتها مجتمعة إلى طاقة ، عادة في شكل إشعاع أشعة جاما عالي الطاقة.

اضطراب في القوة



لا نرى علامات على وجود مادة مضادة خالية من الهموم عائمة بكثرة ، لأننا لا نرى آثار تدميرها الحتمي عند مواكبة المادة العادية. الكون مليء بأشياء تتفاعل باستمرار. جسيمات عالية الطاقة تنطلق عبر السنوات الضوئية. ينابيع المواد الهاربة من المجرات والخردة الجديدة التي تنجرف إلى الداخل. النجوم تصطدم. في عالمنا ، تمتزج الأشياء مع الأشياء طوال الوقت. إذا كانت نسبة مناسبة من ذلك مادة مضادة ، فينبغي أن يكون الكون أكثر ... طاقة ... مما هو عليه.

إذا لم تعد المادة المضادة موجودة ، فأين ذهبت؟

أحد الاحتمالات هو أن كوننا قد ولد بهذه الطريقة ، مع وفرة من المادة ونقص حاد في المادة المضادة. في حين أن هذا بالتأكيد عذر ، إلا أنه ليس تفسيرًا كبيرًا. 'هذا هو الحال تمامًا ، أيها الناس' ليست الحجة الأكثر إقناعًا في الدوائر العلمية. لذا ، بينما يمكنك دائمًا قول ذلك ، دعنا ننتقل إلى خطوط استقصاء أخرى أكثر إنتاجية.

ربما شيء ما في الكون المبكرتسببعدم التوازن بين المادة والمادة المضادة.

إنها ليست فكرة مجنونة. كانت الأيام الأولى والأولى والأولى للكون أوقاتًا غير تقليدية للغاية ، مع كل أنواع الفيزياء المجنونة والتفاعلات الغريبة التي تلعب الآن ، لحسن الحظ ، مجرد ذاكرة كونية. لذلك ربما حدث شيء ما. ربما كان الكون يتدحرج على ما يرام ، حيث التقى كل جسيم بجسيم مضاد متساوٍ ومعاكس.

وبعد ذلك ... تحول. خلل. عملية غريبة أنتجت مادة أكثر من المادة المضادة. سيتم القضاء على معظم الأزواج ، لكن بعض الجسيمات العادية ستبقى. لن يكون من الضروري أن يكون كثيرًا: جسيم واحد فقط في المليار سيكون كافيًا لوضع الأسس لجميع النجوم والمجرات التي نراها اليوم.

متعلق ب: الكون: الانفجار الكبير إلى الآن في 10 خطوات سهلة

القوة من خلال الضعف

يجب أن يكون بالفعل مجموعة خاصة جدًا من الظروف لإحداث مثل هذا الخلل في التوازن. كوننا محكوم بقواعد تتعلق بكيفية تفاعل الجسيمات والقوى وتصرفها. هذه القواعد هي التي تضع الإطار لجميع التفاعلات الرائعة التي تشكل ثراء الحياة اليومية.

لكن في بعض الأحيان يجب كسر القواعد ، كما في حالة الكون المبكر. بعد كل شيء ، تلك هي نفس القواعد التي تنص على أن الاختلاف بين المادة والمادة المضادة يجب ألا يكون في المقام الأول.

مهما كان التفاعل ، مهما كانت العملية ، التي أدت إلى النصر النهائي للمادة يجب أن تكون غريبة بالفعل. كان يجب أن تبدأ بإنتاج ليس فقط كمية زائدة من المادة العادية ، ولكن أيضًا كمية زائدة من الشحنة لموازنتها. خلافًا لذلك ، نظرًا لأن الشحنات الإجمالية يجب أن تظل كما هي طوال العملية ، فإن هذا المسار المحب للمادة قد تمت موازنته تمامًا من خلال طريق مزدوج محب للمادة المضادة.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تحدث هذه العملية خلال حدود حادة ، عندما كان الكون الرضيع يتحول بسرعة من حالة إلى أخرى. هناك فقط تسمح الفيزياء بحدوث مثل هذا الانتهاك الذي يخالف القواعد ؛ وإلا فإن الكون في حالة توازن سينتهي به الأمر إلى موازنة جميع التفاعلات على أي حال.

هل يوجد أي شيء في الفيزياء المعروفة يمكن أن يجعل المادة المضادة تختفي؟ حسنا ربما. هناك بعض التلميحات والاقتراحات المدفونة في تفاعلات الجسيمات النادرة التي تنطوي على قوة نووية ضعيفة . نحن نفهم هذه التفاعلات بشكل خافت فقط ، لا سيما الطريقة التي كانت ستحدث بها في الكون المبكر ، ولكن حتى هناك أفضل تخمينات لدينا لقدرتها على تفضيل المادة جعلها أقل بكثير من الحد الأدنى المطلوب لشرح وضعنا الحالي.

تعتبر أصول عدم التناسق بين المادة والمادة المضادة مشكلة بارزة في الفيزياء. مشكلة تدفع حدود المعرفة الحالية وتدفع بفهمنا للكون إلى بعض لحظاته الأولى. مشكلة يمكن القول أنها مهمة حقًا.

تعلم المزيد من خلال الاستماع إلى الحلقة 'مهلا ، من أخذ كل المادة المضادة؟' في بودكاست اسأل رائد فضاء ، متاح على اي تيونز وعلى الويب في http://www.askaspaceman.com . بفضل 185transformer و William G. و Matthew A. و Bogdan V. و dave B. و Eric D. و Kent B. و Kahandran للأسئلة التي أدت إلى هذه القطعة! اطرح سؤالك الخاص على Twitter باستخدام #AskASpaceman أو باتباع Paul تضمين التغريدة و facebook.com/PaulMattSutter . تابعنا على تويتر تضمين التغريدة و على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك .