ال النموذج القياسي كانت فيزياء الجسيمات هي الوسيلة السائدة لشرح ماهية اللبنات الأساسية للمادة وكيفية تفاعلها لعقود. اقترح النموذج لأول مرة في السبعينيات ، ويدعي أنه مقابل كل جسيم مخلوق ، يوجد مضاد للجسيم. على هذا النحو ، فإن اللغز الدائم الذي يفرضه هذا النموذج هو سبب وجود الكون إذا كان نظريًا مكونًا من أجزاء متساوية من المادة والمادة المضادة.
كان هذا التباين الظاهري ، المعروف باسم انتهاك تكافؤ الشحنة (CP) ، موضوعًا للتجارب لسنوات عديدة. ولكن حتى الآن ، لم يتم إجراء دليل قاطع على هذا الانتهاك ، أو إلى أي مدى يمكن أن توجد المادة في الكون بدون نظيرتها. لكن بفضل نتائج جديدة صدر من قبل الدولية توكاي إلى كاميوكا (T2K) ، قد نقترب خطوة واحدة من فهم سبب وجود هذا التباين.
لوحظ لأول مرة في عام 1964 ، يقترح انتهاك CP أنه في ظل ظروف معينة ، لا تنطبق قوانين تناظر الشحنة وتماثل التكافؤ (المعروف أيضًا باسم تناظر CP). تنص هذه القوانين على أن الفيزياء التي تحكم الجسيم يجب أن تكون هي نفسها إذا تم تبادلها مع الجسيم المضاد ، بينما تنقلب إحداثياته المكانية. من هذه الملاحظة ، ظهر أحد أعظم الألغاز الكونية.
إذا كانت القوانين التي تحكم المادة والمادة المضادة هي نفسها ، فلماذا إذن يهيمن الكون على المادة؟ بالتناوب ، إذا كانت المادة والمادة المضادة مختلفة اختلافًا جوهريًا ، فكيف يتوافق هذا مع مفاهيمنا عن التناظر؟ الإجابة على هذه الأسئلة ليست مهمة فقط فيما يتعلق بنظرياتنا الكونية السائدة ، بل هي أيضًا جوهرية لفهم كيفية عمل التفاعلات الضعيفة التي تحكم الجسيمات.
تأسس تعاون T2K الدولي في يونيو 2011 ، وهو أول تجربة في العالم مخصصة للإجابة على هذا اللغز من خلال دراسة تذبذبات النيوترينو والنيوترينو. تبدأ التجربة بحزم عالية الكثافة من نيوترينوات الميون (أو الميون المضادة للنيوترينوات) التي يتم توليدها في مجمع أبحاث مسرع البروتون الياباني (J-PARC) ، والتي يتم إطلاقها بعد ذلك باتجاه سوبر كاميوكاندي كاشف 295 كم.
يعد هذا الكاشف حاليًا أحد أكبر الكاشفات وأكثرها تطورًا في العالم ، وهو مكرس لاكتشاف ودراسة النيوترينوات الشمسية والغلاف الجوي. بينما تنتقل النيوترينوات بين المرفقين ، فإنها تغير 'نكهة' - الانتقال من نيوترينوات الميون أو مضادات النيوترينوات إلى نيوترينوات إلكترونية أو مضادات نيوترينوات. في مراقبة حزم النيوترينو والمضادة للنيوترينو ، تراقب التجربة معدلات مختلفة من التذبذب.
سيظهر هذا الاختلاف في التذبذب أن هناك عدم توازن بين الجسيمات والجسيمات المضادة ، وبالتالي يوفر أول دليل قاطع على انتهاك CP لأول مرة. قد يشير أيضًا إلى أن هناك فيزياء تتجاوز النموذج القياسي لم يستكشفها العلماء بعد. في أبريل الماضي ، تم إصدار مجموعة البيانات الأولى التي أنتجتها T2K ، والتي قدمت بعض النتائج الدليلة.
النمط المكتشف لحدث مرشح النيوترينو الإلكتروني الذي لاحظه Super-Kamiokande. الائتمان: Kavli IMPU
كما قال مارك هارتز ، متعاون T2K وأستاذ مساعد مشروع Kavli IPMU ، في الآونة الأخيرة خبر صحفى :
'في حين أن مجموعات البيانات لا تزال صغيرة جدًا بحيث لا يمكن إصدار بيان قاطع ، فقد رأينا تفضيلًا ضعيفًا لانتهاك CP كبير ونحن متحمسون لمواصلة جمع البيانات وإجراء بحث أكثر حساسية عن انتهاك CP'.
هذه النتائج التي تم نشرها مؤخرًا في خطابات المراجعة المادية وتشمل جميع البيانات التي تم تشغيلها من يناير 2010 إلى مايو 2016. في المجموع ، تتألف هذه البيانات من 7.482 × 10عشرينالبروتونات (في وضع النيوترينو) ، والتي أنتجت 32 إلكترونًا نيوترينو و 135 من أحداث نيوترينو ميون ، و 7.471 × 10عشرينالبروتونات (في وضع مضادات النيترينو) ، والتي أسفرت عن 4 إلكترون مضاد للنيوترينو و 66 ميونيون نيوترينو أحداث.
بمعنى آخر ، قدمت الدفعة الأولى من البيانات بعض الأدلة على انتهاك CP ، مع فاصل ثقة بنسبة 90 ٪. لكن هذه مجرد البداية ، ومن المتوقع أن تستمر التجربة لمدة عشر سنوات أخرى قبل أن تنتهي. قال هارتز: 'إذا كنا محظوظين وكان تأثير انتهاك CP كبيرًا ، فقد نتوقع 3 أدلة سيجما ، أو حوالي 99.7٪ مستوى ثقة ، لانتهاك CP بحلول عام 2026'.
إذا أثبتت التجربة نجاحها ، فقد يتمكن الفيزيائيون أخيرًا من الإجابة عن كيف أن الكون المبكر لم يقضي على نفسه. من المحتمل أيضًا أن يساعد في الكشف عن جوانب الكون التي يتوق علماء فيزياء الجسيمات إلى الدخول إليها! لأنه هنا من المحتمل العثور على إجابات لأعمق أسرار الكون ، مثل كيفية توافق جميع قواه الأساسية معًا.
قراءة متعمقة: كافلي IMPU ، خطابات المراجعة المادية