إنها واحدة من أقدم المشاكل في الكون: بما أن المادة والمادة المضادة تبيدان بعضهما البعض عند التلامس ، وكلا الشكلين من المادة موجودان في لحظة الانفجار العظيم ، فلماذا يوجد كون يتكون أساسًا من المادة بدلاً من لا شيء على الإطلاق؟ أين ذهبت كل المادة المضادة؟
قال يانو كوي ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في ريفرسايد ، بجامعة كاليفورنيا: “تظل حقيقة أن كوننا الحالي تهيمن عليه المادة من بين أكثر الألغاز المحيرة التي طال أمدها في الفيزياء الحديثة”. بالوضع الحالي شاركتها هذا الأسبوع. “هناك اختلال دقيق أو عدم تناسق بين المادة والمادة المضادة في الكون المبكر مطلوب لتحقيق هيمنة المادة اليوم ولكن لا يمكن تحقيقه ضمن الإطار المعروف للفيزياء الأساسية.”
هناك نظريات قد تجيب على هذا السؤال ، ولكن من الصعب للغاية اختبارها باستخدام التجارب المعملية. في هذه اللحظة ورقة جديدة نشرت الخميس في المجلة رسائل المراجعة البدنيةتشرح الدكتورة كوي والمؤلف المشارك لها ، Zhong-Zhi Xianyu ، الأستاذ المساعد للفيزياء في جامعة Tsinghua ، الصين ، أنهما ربما توصلتا إلى عمل حول استخدام الشفق اللاحق للانفجار العظيم نفسه لإجراء التجربة.
تُعرف النظرية التي أراد الدكتور تسوي وتشونغ-تش استكشافها باسم تكوين اللبتوجين ، وهي عملية تنطوي على تحلل الجسيمات يمكن أن تؤدي إلى عدم التناسق بين المادة والمادة المضادة في الكون المبكر. بعبارة أخرى ، كان من الممكن أن يكون عدم التناسق في أنواع معينة من الجسيمات الأولية في اللحظات الأولى من الكون قد نما بمرور الوقت ومن خلال المزيد من تفاعلات الجسيمات إلى عدم التناسق بين المادة والمادة المضادة التي جعلت الكون كما نعرفه – والحياة – المستطاع.
قال الدكتور كوي في بيان: “تكوين اللبتوجين هو من بين الآليات الأكثر إقناعًا التي تولد عدم تناسق المادة والمادة المضادة”. “إنها تتضمن جسيمًا أساسيًا جديدًا ، النيوترينو الأيمن.”
وأضاف الدكتور كوي أن توليد النيوترينو الأيمن يتطلب طاقة أكبر بكثير مما يمكن توليده في مصادمات الجسيمات على الأرض.
وقالت: “اختبار تكوين اللبتوجين هو أقرب إلى المستحيل ، لأن كتلة النيوترينو الأيمن عادة ما تكون بأعداد كبيرة تتجاوز قدرة أكبر مصادم تم تصنيعه على الإطلاق ، وهو مصادم الهدرونات الكبير”.
كانت رؤية الدكتورة كوي ومؤلفوها المشاركون هي أن العلماء قد لا يحتاجون إلى بناء مصادم جسيمات أكثر قوة ، لأن الظروف ذاتها التي يرغبون في خلقها في مثل هذه التجربة كانت موجودة بالفعل في بعض أجزاء الكون المبكر. الفترة التضخمية ، وهي حقبة التوسع الأسي للزمان والمكان نفسها التي استمرت لأجزاء من الثانية بعد الانفجار العظيم ، ….
قال الدكتور كوي: “لقد وفر التضخم الكوني بيئة نشطة للغاية ، مما أتاح إنتاج جسيمات ثقيلة جديدة بالإضافة إلى تفاعلاتها”. “الكون التضخمي تصرف تمامًا مثل المصادم الكوني ، باستثناء أن الطاقة كانت أكبر بما يصل إلى 10 مليارات مرة من أي مصادم من صنع الإنسان.”
علاوة على ذلك ، قد يتم الحفاظ على نتائج تجارب المصادم الكوني الطبيعي هذه اليوم في توزيع المجرات ، وكذلك الخلفية الكونية الميكروية ، وهي الشفق اللاحق للانفجار العظيم الذي استمد منه علماء الفيزياء الفلكية الكثير من فهمهم الحالي لتطور الكون. .
“على وجه التحديد ، نوضح أن الشروط الأساسية لتوليد عدم التناسق ، بما في ذلك تفاعلات وكتل النيوترينو الأيمن ، والذي يعد اللاعب الرئيسي هنا ، يمكن أن يترك بصمات مميزة في إحصائيات التوزيع المكاني للمجرات أو الخلفية الميكروية الكونية و قالت الدكتورة كوي ، على الرغم من أن إجراء هذه القياسات ، لا يزال يتعين القيام به ، كما أضافت. “الأرصاد الفيزيائية الفلكية المتوقعة في السنوات القادمة يمكن أن تكتشف مثل هذه الإشارات وتكشف عن الأصل الكوني للمادة.”