ما الفرق بين المادة المضادة والمادة المظلمة؟ سؤال يطرح نفسه وسنحاول الإجابة عليه في هذه المقالة.
مفهوم المادة هو أحد أقدم المفاهيم في الفيزياء، ولكن في الفيزياء الحديثة، هناك أربعة أنواع من المادة وهي: المادة المألوفة والمادة المضادة والمادة المظلمة والمادة السلبية، لذا فإن فهم المادة في الفيزياء الحديثة أمر معقّدٌ إلى حدٍ ما.
ليست المادة المضادة مفهومًا إفتراضيًا، فالجسيمات والجسيمات المضادة خُلقتا بكمياتٍ متساويةٍ بعد الانفجار العظيم وبدء الكون بالبرودة، كما يمكن للعلماء خلق جسيمات مضادة عن طريق صدم الجسيمات المشحونة ذات طاقة عالية ببعضها البعض. إلا أنّ سبب إختفاء المادة المضادة لا يزال لغزًا لم يحله العلماء.
كلما التقت الجسيمات مع جسيماتها المضادة فإنهما يفنيان بعضهما وتتحول مجموع كتلتهما إلى طاقة وفقًا لمعادلة أينشتاين E = MC2. أما المادة المظلمة، فلم ترصد بشكل مباشر بعد؛ إلا أن هناك أدلة قوية جدٍا رُصدت تؤكد وجودها.
المادة المضادة
المادة المضادة هي ببساطةٍ مُعاكس المادة الإعتيادية، إذ تتكون المادة المضادة من جسيمات مضادة بينما تتكون المادة الإعتيادية من الجسيمات، كتلة أي جسيم مساويةٌ تمامًا لكتلة جسيمه المضاد، ولكن بعض الخصائص تكون معاكسة كالشحنة والعزم المغناطيسي واللف الذاتي وعدد باريون baryon number وعدد ليبتون lepton number.
بدء مفهوم المادة المضادة مع تنبؤ بول ديراك Paul Dirac في عام 1928، حيث توقعت نظريته إمكانية وجود جسيم له نفس كتلة الإلكترون ولكن بشحنة معاكسة. وقد أُكد هذا التنبؤ على يد كارل أندرسون Carl D. Anderson الذي اكتشف المادة المضادة في عام 1932، إذ اكتشف نظير الإلكترون، وأطلق عليه اسم البوزيترون، وذلك بينما كان يدرس الأشعة الكونية.
وفقاً للنموذج المعياري لفيزياء الجسيمات، كل جسيم من المادة الإعتيادية يقابله جسيمٌ مضاد، وكذلك كل كوارك له نظير يدعى كوارك مضاد antiquark. على سبيل المثال، الجسيم المضاد للإلكترون هو البوزيترون، والجسيم المضاد للبروتون هو البروتون المضاد والجسيم المضاد للنيوترون هو النيوترون المضاد.
أبسط الذرات المضادة الممكنة هي ذرة الهيدروجين المضاد التي تتكون من البروتون المضاد والبوزيترون. على الرغم من أنَّ العلماء لا زالوا غير قادرين على إنشاء نواة مضادة أثقل من نواة الهيليوم المضاد، إلا الحصول على نواة ذرة مضادة معقدة ممكن وفقًا لمبادئ الفيزياء.
وفقًا للنظريات، فإن المادة المضادة تتفاعل عبر التفاعلات (القوى) الأساسية الأربعة: القوة الثقالية، والقوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية، والقوى النووية الضعيفة، ولهذا فإن المادة المضادة تسبب إنحناءات الزمكان كما تفعل المادة الإعتيادية تمامًا.
المادة المظلمة
على الرغم من عدم اكتشاف المادة المظلمة حتى الآن، إلا أن العديد من الأدلة المرصودة تؤكد وجودها. تثبت بعض الأدلة وجود كمٍ هائلٍ من المادة في الكون؛ أكبر بكثير مما نرصده، ويعتقد أنّ المادة المظلمة تفسر هذا. كما تعتبر المجرات الحلزونية spiral galaxies مثال أخر يدعم وجود المادة المظلمة.
إن سرعة دوران المجرة الحلزونية تعتمد على كتلتها، وكلما كانت كتلة المجرة أكبر كلما زادت سرعة دورانها. بما أن العلماء لاحظوا أن سرعة دوران معظم المجرات الحلزونية بما فيها مجرتنا درب التبانة هي أسرع بكثير من السرعات المتوقعة، فهذا يعني ببساطة أن كتلة هذه المجرات أكبر بكثير من الكتلة التي نرصدها. نظريًا، تعتبر هذه الكتلة غير المرئية وغير القابلة للرصد (الكتلة المفقودة) المادةَ المظلمة.
وفقًا للنظريات الحالية، فإن المادة المظلمة تتفاعل فقط عن طريق القوى الثقالية والنووية الضعيفة، لذا يمكن ملاحظة تأثيراتها الثقالية، ولكن لا يمكن رؤية المادة المظلمة ومن الصعب رصدها بشكلٍ مباشرٍ لأنها لا تتفاعل عن طريق القوى الكهرومغناطيسية والنووية العظمى.
إعداد: سرمد يحيى
تدقيق: سامي الهلالي
