الكون مليء بالمادة ولا نعرف لماذا. نحن نعلم كيف تم إنشاء المادة ، ويمكننا أيضًا إنشاء مادة في المختبر ، ولكن هناك مشكلة. في كل مرة نصنع فيها مادة في مسرعات الجسيمات ، نحصل على كمية متساوية من المادة المضادة. هذا جيد تمامًا للمختبر ، ولكن إذا أحدث الانفجار الأعظم كميات متساوية من المادة والمادة المضادة ، لكان الاثنان قد دمر كل منهما الآخر في وقت مبكر ، تاركين بحرًا كونيًا من الفوتونات وبغض النظر. إذا كنت تقرأ هذا ، فمن الواضح أن هذا لم يحدث.
يبقى أحد أعظم الألغاز في علم الكونيات ، وكل ذلك يعود إلى التناظر في الفيزياء. الكثير من الفيزياء متجذرة في مبادئ الحفظ والتناظر. يبدو أن الفضاء هو نفسه في جميع الاتجاهات ، وبالتالي يتم الحفاظ على الزخم. هذا يعني أنه إذا رميت كرة في مساحة فارغة ، فسوف تستمر في حركتها إلى أجل غير مسمى. التناظر الزمني يعني الحفاظ على الكتلة والطاقة ، وما إلى ذلك. تم اكتشاف العلاقة بين التناظر والحفظ لأول مرة بواسطة إيمي نويثر وهي معروفة الآن باسم نظرية نويثر.
أمثلة على التناظر في الفيزياء. الائتمان: فليب تانيدو
نظرًا لأن التناظر أساسي للفيزياء ، فقد بحث قدر كبير من الأبحاث في كيفية ووقت كسر التناظر. هذا صحيح بشكل خاص في فيزياء الجسيمات. نظرًا لأن الجسيمات نشأت لأول مرة في الفترة المبكرة من الكون ، فإن هذا يساعدنا أيضًا على فهم كيفية نشوء الكون. في علم الكونيات ، أحد أكبرها هو تناظر CP.
CP تعني تكافؤ الشحنة ، وهي تمثل مزيجًا من تماثلين. تناظر الشحنة يعني أن الكون المكون بالكامل من المادة والآخر المصنوع من المادة المضادة يجب أن يتصرف بنفس الطريقة. أي يجب أن تكون متناظرة. يمكن وصف التكافؤ كصورة معكوسة. إذا رفعت يدك اليمنى وأنت تنظر في المرآة ، فإن صورتك سترفع يدك اليسرى. تناظر التكافؤ يعني أنه إذا انقلب اليسار واليمين في الكون ، فلا شيء يجب أن يتغير.
إذا كان التناظر CP ثابتًا دائمًا ، فعندئذٍ لا يمكن لكون المادة لدينا أن يوجد. لكننا نعلم أن التناظر CP يتم انتهاكه في بعض الأحيان. على سبيل المثال ، في عام 1964 ، وجد أن الجسيم المحايد المعروف باسم كاون يأتي في نوعين كانا ثنائي CP لبعضهما البعض. إذا تم الحفاظ على تناظر CP ، فيجب أن يتحلل هذان النوعان من Kaons بنفس المعدل. ما وجدناه هو أن نوعي كاون يتحللان بمعدلات مختلفة قليلاً. الفرق بين الاثنين هو حوالي 3 أجزاء فقط في 1000 ، لكنه ليس صفرًا.
كاون يتحلل إلى رائد وضوء. الائتمان: K. Tobioka / جامعة ولاية فلوريدا
هناك أمثلة أخرى معروفة أيضًا ، ولكن المشكلة هي أنه حتى لو جمعتهم جميعًا ، فلن يكفي تفسير كون المادة فقط. على الأقل يجب أن تكون هناك طريقة أخرى لانتهاك تناظر CP. بناءً على بحث جديد نُشر فيطبيعة سجية، الجواب يمكن أن يكون نيوترينوات.
لا تحتوي النيوترينوات على شحنة كهربائية ، لكنها تظهر في كل من صور المادة والمادة المضادة ، لذلك لا يزال التناظر CP ينطبق عليها. تكمن المشكلة في صعوبة اكتشافها. حتى عندما لا تتمكن من اكتشافها ، من الصعب التمييز بين النيوترينوات ومضادات النوترينوات.
في هذا العمل الأخير ، أطلق التعاون T2K حزمًا من النيوترينوات في كاشف. ترمز T2K إلى T؟ kai إلى Kamioka ، نظرًا لأن مسرع الجسيمات يقع في قرية T؟ kai اليابانية ، وكاشف النيوترينو في Kamioka. نظرًا لأن الفريق يتحكم في شعاع النيوترينو ، فقد تمكنوا من معرفة ما إذا كانوا يكتشفون النيوترينوات أو مضادات النيترينو. بجمع البيانات على مدى عقد من الزمان ، وجدوا انتهاكًا للـ CP في تأثير يُعرف باسم تذبذب النيوترينو.
من المرجح أن تظهر نيوترينوات المادة أكثر من نيوترينوات المادة المضادة. الائتمان: تعاون T2K
للنيوترينوات خصائص غريبة ، ومن أغربها التذبذب. اتضح أن النيوترينوات تأتي في ثلاثة أنواع أوالنكهاتو ويمكن للنيوترينو أن يتأرجح ذهابًا وإيابًا بين كل نوع. وفقًا لتناظر CP ، يجب أن تتذبذب كل من النيوترينوات ومضادات النوترينوات بنفس المعدل. لكن فريق T2K وجد أنها تتأرجح بمعدلات مختلفة. معدلاتها مختلفة جدًا لدرجة أنها غير متماثلة إلى أقصى حد تقريبًا. نتيجة لذلك ، من المرجح أن ترى نيوترينوات المادة أكثر من المواد المضادة.
قد تكون هذه هي إجابة مادة الكون التي كنا نبحث عنها ، لكن يجب أن نكون حذرين. حتى الآن ، فإن الدليل على عدم تناسق النيوترينو ضعيف. حتى المؤلفون يعترفون بأن نتائجهم ليست قوية بما يكفي لتكون حاسمة. لكنها مثيرة جدا للاهتمام. سنحتاج إلى المزيد من البيانات للتحقق من النتيجة ، لكنها خطوة مهمة نحو فهم كيفية وصولنا إلى هنا في المقام الأول.
المرجع: Kitahara، Teppei، et al. ' الآثار الفيزيائية الجديدة للبحث الأخير عن K L؟ ؟0؟ ؟ ¯ في KOTO . '
المرجع: T2K Collaboration. ' القيد على مرحلة انتهاك تناظر المادة والمادة المضادة في تذبذبات النيوترينو . '
