المادة المضادة

عندما تسمع الكلمة المادة المضادة يبدو وكأنه شيء نموذجي للفيلم. ومع ذلك ، فهو شيء حقيقي تمامًا ونحن نطلقه في أجسامنا. أصبحت المادة المضادة مهمة جدًا للعلم لأنها تساعدنا على فهم العديد من جوانب الكون وتكوينه وتطوره. بالإضافة إلى أنه يفسر العديد من الظواهر التي تحدث في الواقع.

هل تريد أن تعرف ما هي المادة المضادة ولماذا هي مهمة جدًا؟ هنا نوضح لك كل شيء.

ما هي المادة المضادة

تنشأ المادة المضادة من إحدى تلك المعادلات الهائلة التي لها لغة لا يستطيع فك شفرتها سوى علماء الفيزياء والرياضيات العظماء. تبدو هذه المعادلات كشيء خاطئ ، وعادةً ، بعد العديد من المعادلات ، من الطبيعي أن يكون هناك بعض الأخطاء. ومع ذلك، هذا صحيح تمامًا والمادة المضادة حقيقية.

إنها مادة مكونة مما يعرف بالجسيمات المضادة. هذه الجسيمات هي نفسها التي نعرفها ولكن بشحنة كهربائية معاكسة تمامًا. فمثلا، الجسيم المضاد للإلكترون الذي تكون شحنته سالبة هو البوزيترون. إنه عنصر متساوٍ له نفس التكوين ، لكن بشحنة موجبة. هذا بهذه البساطة ومن يريد أن يجعل الأمر أكثر تعقيدًا فهو مخطئ.

تدخل هذه الجسيمات والمواد المضادة للجسيمات في أزواج. عندما يصطدم الاثنان ، يبيدان بعضهما البعض ويختفيان تمامًا. نتيجة هذا الاصطدام يتشكل وميض من الضوء. يُعتقد أن الجسيمات التي لا تحتوي على شحنات ، مثل النيوترينوات ، هي جسيم مضاد لها.

هناك بعض النظريات التي تفكر في هذه الجسيمات تحت اسم Majorana ويترتب على ذلك أن جسيمات المادة المظلمة يمكن أن تكون أيضًا جسيمات Majorana ، وهذا يعني أنهم هم أنفسهم الجسيم المضاد والجسيم في نفس الوقت. إذا كنت تريد التعمق أكثر في هذا الموضوع، يمكنك الاطلاع على نظرية الانفجار الكبير، والتي ترتبط أيضًا بهذا الموضوع.

معادلة ديراك

كما ناقشنا ، تنشأ المادة المضادة من دراسات رياضية ومعادلات فيزيائية طويلة. درس الفيزيائي بول ديراك كل هذا في عام 1930. حاول توحيد أهم التيارات الفيزيائية في واحدة: النسبية الخاصة وميكانيكا الكم. اتحد هذان التياران في إطار نظري واحد يمكن أن يساعد بشكل كبير في فهم الكون. هذا المفهوم مرتبط بـ نظرية الانفجار الكبير وكيف تنشأ المادة.

ونعرفها اليوم باسم معادلة ديراك. إنها معادلة بسيطة إلى حد ما، لكنها حيرت جميع العلماء في ذلك الوقت. تنبأت المعادلة بشيء يبدو مستحيلاً، وهو وجود جسيمات ذات طاقة سلبية. ذكرت معادلات ديراك أن الجسيمات يمكن أن يكون لها طاقة أقل من طاقة السكون. أي أنه يمكن أن يكون لديهم طاقة أقل مما لديهم عندما لا يفعلون شيئًا على الإطلاق. كان هذا البيان أكثر صعوبة لفهم علماء الفيزياء. كيف يمكن أن يكون لديك طاقة أقل مما تفعله دون القيام بأي شيء ، إذا لم تعد تفعل أي شيء بمفردك؟

من هذا كان من الممكن معرفة أن الجسيمات لديها طاقة سلبية. كل هذا أطلق حقيقة وجود بحر من الجسيمات التي لها طاقة سلبية والتي لم تكتشفها الفيزياء. عندما يقفز الجسيم الطبيعي من مستوى طاقة أقل إلى مستوى أعلى ، فإنه يترك فجوة في مستوى الطاقة الأدنى الذي أتى منه. الآن ، إذا كان للجسيم شحنة سالبة ، فقد يحتوي الثقب على ثقب سالب الشحنة ، أو ما هو نفسه ، شحنة موجبة ، أي بوزيترون. هذه هي الطريقة التي ولد بها مفهوم الجسيم المضاد.

أين توجد المادة المضادة؟

كانت أول جسيمات المادة المضادة التي تم الكشف عنها هي تلك من الأشعة الكونية باستخدام غرفة السحب. تُستخدم هذه الكاميرات للكشف عن الجسيمات ، فهي تنبعث منها غاز يتأين بعد مرور الجسيمات ، حتى تتمكن من معرفة المسار الذي تملكه. تمكن العالم كارل دي أندرسون من استخدام المجال المغناطيسي بحيث ، عندما يمر الجسيم عبر الحجرة ، ينحني المسار لشحنته الكهربائية. وبهذه الطريقة كان من الممكن أن يذهب الجسيم إلى جانب والجسم المضاد إلى الجانب الآخر.

وفي وقت لاحق، تم اكتشاف البروتونات المضادة والنيوترونات المضادة، ومنذ ذلك الحين، زاد عدد الاكتشافات. أصبحت المادة المضادة معروفة بشكل متزايد. يتعرض كوكبنا باستمرار لقصف بالجسيمات المضادة التي تشكل جزءًا من الأشعة الكونية. ما هو الأقرب إلينا هو ما يؤثر علينا.

يمكننا أن نقول أننا أنفسنا نصدر المادة المضادة بسبب تكوين الجسم. فمثلا إذا أكلنا موزة بسبب اضمحلال البوتاسيوم -40 ، سيشكل بوزيترون كل 75 دقيقة. هذا يعني أنه إذا وجدنا في أجسامنا البوتاسيوم -40 ، فسنكون أنفسنا مصدرًا للجسيمات المضادة.

ما هذا؟

بالتأكيد ستقول ما فائدة معرفة أن هناك مادة مضادة. حسنًا ، بفضلها ، لدينا العديد من التحسينات في مجال الطب. فمثلا، يستخدم على نطاق واسع في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. يتم استخدام هذه الجسيمات لإنتاج بعض الصور عالية الدقة لجسم الإنسان. تعتبر هذه الصور مفيدة جدًا للفحوصات لتحديد ما إذا كان الورم ينتشر أو درجة تطوره. كما يتم دراسة استخدام البروتونات المضادة لعلاج السرطان، وهو ما يرتبط بـ مقياس كارداشيف والتطور التكنولوجي في الطب.

في المستقبل ، يمكن أن تكون المادة المضادة عنصرًا واعدًا في إنتاج الطاقة. عندما تُبيد المادة والمادة المضادة ، فإنها تترك شكلاً جيدًا من الطاقة على شكل ضوء. غرام واحد من المادة المضادة وحدها يطلق طاقة تعادل القنبلة النووية. هذا رائع تماما

المشكلة اليوم مع استغلال المادة المضادة للحصول على الطاقة هي تخزينها. إنه شيء نحن بعيدون جدًا عن حله. كل جرام من المادة المضادة ستحتاج إلى حوالي 25.000 تريليون كيلوواط / ساعة من الطاقة.

وهو يساعد أيضًا في تفسير سبب وجودنا. في البداية، وفقًا لنظرية الانفجار العظيم، لا بد أن أصول كل من المادة والمادة المضادة حدثت من خلال نمط من التناظر الكامل. لو كان الأمر كذلك، لكنا قد اختفينا الآن. لذلك، يجب أن يكون هناك على الأقل جسيم واحد إضافي من المادة لكل مادة مضادة.

آمل أن تكون هذه المعلومات قد أوضحت شكوكك حول المادة المضادة.