ح2: تخزين المادة المضادة Storing Antimatter

facebook-group

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

تحدثنا خلال الحلقة الماضية عن لمحه تحوي شيء من التفصيل حول المادة المضادة antimatter والبحوث التي تجري حولها في اضخم واكبر مخابر العالم CERN.

اما اليوم فسنتابع الحديث عن الآليات التي تم استخدامها لحجز المادة المضادة لاطول فترة ممكنة وذلك بهدف دراستها بشكل مفصل اكثر واجراء المزيد من التجارب عليها, عسى ان تساعد هذه الدراسات والتجارب في ازالة الغموض الذي يغلف مسألة المادة المضادةantimatter .

عام 1931  اقترح العالم الفيزيائي باول ديريك Paul Dirac بأن كل جزيئة particle  من المادة matter يجب ان يقابلها نظيرها من المادة المضادة antimatter counterpart.

antiparticle

antiparticle

ولكن بعد فترة وجيزة وقصيرة جدا من الانفجار الاعظم big bang , اختفت معظم المادة المضادة antimatter, تاركة وراءها كمية ضئيلة من المادة matter التي تشكل حاليا الكون الذي نعيش فيه الان.

6a00d8341bf7f753ef017ee9a6a0ea970d

ماالذي حدث وأدى إلى اختلال التوازن! تعد هذه المسألة من اعظم الألغاز في علم الفيزياء.

بحث العلماء الفلكيين عن المادة المضادة antimatter ضمن الفضاء, ولكن من الصعب اجراء هذه البحوث على الارض. لذلك ولكي يستطيع العلماء ان يقوموا بدراسة الموضوع, فقط اضطروا إلى صناعة المادة المضادة بانفسهم. وبما ان المادة المضادة تفنى على شكل شعلة من الطاقة عندما تتفاعل مع المادة النظاميةregular matter , فإن عملية تخزينها والاحتفاظ بها يشكل تحدي كبير.

ايجاد(توليد) المادة المضادة للهدروجين Creating Antihydrogen

إن المادة المضادة – النظير- لابسط ذرة :”الهدروجين hydrogen”, عبارة عن ذرة “نظير الهدروجين antihydrogen”, وتتكون من بوزترون positron مشحون بشحنة موجبة يدور حول “نظير البروتونantiproton ” المشحون بشحنة سالبة.

antihydrogen

عام 1995, اعلن العلماء ضمن CERN بأنهم استطاعوا بنجاح ان ينتجوا “يولدوا”  اول ذرة “مادة مضادة للهدروجينantihydrogen “.

لوحظ بأن الجزيئات المضادة للمادة antiparticles كانت نشطة للغاية, تنتقل كل واحدة منها بسرعة مقاربة لسرعة الضوء على مسار يصل طوله إلى 10 امتار ,ومن ثم تفنى مع المادة العادية وذلك بعد مايقارب حوالي اربعين من البليون من الثانية.

في الوقت الذي كان فيه انتاج المادة المضادة للهدروجين antihydrogen عبارة عن الانجاز الاساسي الاهم, ولكن ذرات المادة المضادة التي تم اكتشافها كانت نشيطة جدا – ساخنة جدا- ولم تدع عملية دراستها بالموضوع السهل.

ولكي يستطيع العلماء ان يفهموا بشكل اوضح واكثر ذرات المادة المضادة antimatter atoms,احتاج علماء CERN إلى وقت اطول ليتفاعلوا معها. ولذلك طوروا تقنيات تستطيع ان تلتقط وتحبس المادة المضادة للهدروجين antihydroigen لفترة زمنية اطول.

تم انشاء مبطئ المادة المضادة للبروتون Antiproton Decelerator في CERN وذلك في اواخر التسعينيات, حيث زودنا هذا الجهاز بدوره بحركة ابطأ وطاقة اقل بالنسبة للمادة المضادة للبروتونات الخاصة بالمادة المضادة antimatter وذلك ضمن التجارب التي تم اجرائها, امثلة على التجارب :  ATHENA, ATRAP و ALPHA.

حيث ضمن هذا التجارب , قام كل من الحقلين المغناطيسي والكهربائي بالحفاظ على المواد المضادة للبروتينات antiprotons بشكل منفصل عن البوزترونات positrons وذلك عبر خلاء شببه مثالي near-perfect vacuum  , ويقوم هذا الخلاء بعزلهم عن المادة النظامية regular matter. تمر المواد المضادة للبروتونات antiprotons خلال غاز الالكترونات الكثيف, والذي بدوره يبطئ حركتهم اكثر.

 عندما تصبح طاقة المادة المضادة بطيئة بشكل كافي, عندها يستخدم علماء ALPHA الجهد الكهربائي electric potential  لدفع المواد المضادة للبروتونات antiprotons ضمن سحابة من البوزترونات positrons محجوزة ضمن الخلاء vacuum.

يتحد النوعان المختلفان من مضادات الجزيئات المشحونة antiparticles ضمن ذرات مواد مضادة للهدروجين anithydrogen بطاقة منخفضة.

وبما ان ذرات ” المواد المضادة للهدروجينantihydrogen ” لا تملك شحنة كهربائية, فإن الحقل الكهربائي لا يستطيع بعد الان الحفاظ عليهم في مكانهم. بدلا من ذلك, يستخدم مغناطيسين فائقي التوصيل superconducting magnets لتوليد حقل مغناطيسي قوي , والذي بدوره يستفيد من الخصائص المغناطيسية للمواد المضادة للهدورجين antihydrogen’s magnetic properties.  وفي حال كان لذرة المادة المضادة للهدروجينantihydrogen atons طاقة منخفضة كافية, عندها فإنه بالامكان بقاء ذرات المواد المضادة للهدروجين ضمن هذه “الزجاجة” المغناطيسية لوقت اطول.

حاليا, فإن الطريقة الوحيدة لمعرفة فيما اذا كانت المادة المضادة antimatter محجوزة بشكل فعلي تكمن عبر تركها تفنى مع المادة النظامية regular matter.

عندما يتم اطفاء الحقل المغناطيسي, تهرب ذرات المادة المضادة للهدروجين antihydrogen  من سجنها (الفخ المغناطيسي الذي حسبت ضمنه)وتفنى بسرعة على جانبي ذاك السجن.

تستخدم  كواشف السيليكون لالتقاط الوميض الطاقي الناتج وذلك بهدف تحديد مواضع الذرات المضادة. فقط عند هذه المرحلة يستطيع الفيزيائيون ان يتأكدوا بأن قد قاموا باحتجاز مادة مضادة للهدورجين antihydrogen .

حبس المادة المضادة في CERN

CERN

CERN

في شهر حزيران من عام 2011, صدر تقرير عن ALPHA يعلن بأنها استطاعت ان تحبس ذرات المادة المضادة لوقت يقارب ال 16 دقيقة.

ضمن المقاييس الزمنية للحياة الذرية, فإن مثل هذا الزمن يعتبر زمن طويل نسبيا – أي طويل بما يكفي لكي يبدأ العلماء بدراسة خصائص المادة المضادة بالتفصيل.

 تأمل عدة مجموعات تجريبية من ان يتاح لها دراسة الخصائص المتعلقة بالمادة المضادة للهدروجين antihydrogen , وذلك عبر اجراء مقارانات دقيقة بين الهدروجين , والمادة المضادة للهدروجين antihydrogen, ويرغب العلماء ايضا عبر هذه التجارب ان يعرفوا فيما اذا كان للمادة المضادة للهدروجين نفس الخطوط الطيفية لتلك الخاصة بالهدوجين.

تدعى أحد هذه المجموعات التدريبية AEGIS, وترغب حتى في ان تحاول قياس ثابت تسارع الجاذبية كما تستشعره ذرات المادة المضادة للهدروجينantihydrogen .

وكلما طالت الفترة التي تستطيع فيها هذه المجموعات احتجاز المادة المضادة للهدروجين, كلما كانت دقة القياسات افضل, وسيكون عندها الفيزيائيون اقرب من حل لغز المادة المضادة antimatter.

نكتفي عند هذه الحلقة بهذا القدر من التفصيل حول عملية حجز المادة المضادة, بهدف دراستها والتعمق فيها بشكل اكبر, وإلى حلقة جديدة قادمة سنتعرض فيها مواضيع اخرى حول المادة المضادة , وإلى ذلك الحين نستودعكم الله والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته.

المراجع :

http://greg-test3.web.cern.ch/about/engineering/storing-antimatter

Advertisements

, , , , ,

  1. أضف تعليق

اترك رد

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

%d مدونون معجبون بهذه: