يستقصي هذا السؤال التفاعلات الأساسية التي تحكم كوننا، ويستكشف أبعد ما وصلت إليه الأبحاث الفيزيائية، وبناءً على فهمنا للجاذبية، فإن الإجابة باختصار «نعم»، نعم سيحدث تجاذب بين المادة والمادة المضادة، لكن الجواب الحقيقي أعقد من ذلك.
لا نعرف أصلًا كيف ستجري هذه التفاعلات لأنها غالبًا ما تحدث على المستوى الكمومي.
ستساعد شانيل دي لاموت -التي تعِد رسالة الدكتوراه في فيزياء الجسيمات في جامعة أديلايد- على الإجابة عن هذا السؤال باستعمال بيانات من مصادم الجسيمات الياباني SuperKEKBK.
أولًا، ما المادة المضادة؟
تقول دي لاموت :«عندما نفكر في المادة المضادة، تراودنا أفكار مستمدة من الخيال العلمي، فنتخيلها مادة نادرة ومتوهجة، ونتخيل أن التقاءها مع المادة العادية سيطلق سحابة ذرية… إنها أفكار سينمائية».
لكن المادة المضادة في الواقع شبه مطابقة للمادة العادية، باستثناء تغير الرقم الكمومي.
تقول دي لاموت: «أبسط مثال على الأرقام الكمومية المتغيرة هو الشحنة الكهربائية، نعلم بوجود إلكترونات سالبة وبروتونات موجبة ونيوترونات معتدلة في الذرة، ونستطيع إيجاد مادة مضادة لها، فالمادة المضادة للإلكترون هي البوزترون، وللبروتون الأنتيبروتون وللنترون الأنتينترون».
تتكون البروتونات والنيوترونات من أجزاء أصغر تسمى الكواركات، تنقلب شحنتها أيضًا.
نحن نخلق في الواقع مادة مضادة على الأرض يوميًّا، في التصوير المقطعي بالإصدار البوزتروني مثلًا، يُحقن المريض بنويدات مشعة تتحلل إلى جسيمات أخرى، منها البوزيترونات التي تفنى باصطدامها مع الإلكترونات في الجسم، مصدرةً جسيمات ضوئية تُستعمل لدراسة العضو أو النسيج.
هذه صور حاسوبية للدماغ باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزتروني، يُحقن فيها نظير مشع للغلوكوز يسمى فلورو دي أوكسي غلوكوز FDG ضمن مجرى الدم، ثم ينشئ الحاسوب صورًا ثلاثية الأبعاد تظهر تركيز المادة في الدماغ، فتحتفظ المناطق الأنشط استقلابيّا بكمية أكبر من FDG، ما يعني إشعاعًا أكبر (المناطق البرتقالية).
تقول دي لاموت مازحة: «إذا سبق لك الخضوع لتصوير مقطعي بالإصدار البوزتروني، فهذا يعني دخول نشاط إشعاعي ومادة مضادة إلى جسمك، ولكنك نجوت بأعجوبة».
لكن كيف تتفاعل الجسيمات المضادة مع القوى الكونية؟
تقول دي لاموت:« باستثناء الشحنة المتعاكسة، لا يوجد أي اختلاف بين المادة والمادة المضادة؛ فأيّ قوة تتفاعل مع جسيم من المادة تتفاعل بنفس الطريقة مع جسيم المادة المضادة الموافق له».
عودةً إلى سؤالنا الأساسي، يرى العلماء أنه يمكن حدوث تجاذب بين جسيمات المادة والمادة المضادة نظريًّا، لأن قوى الجاذبية تعمل بين أي كتلتين.
«إذا امتلك جسيم المادة كتلة، فقد يتجاذب مع جسيمه المضاد، لا نعرف الآلية بعد أو كمية الطاقة أو مقدار القوة، ولا نملك معلومات، بل نملك فقط إحساسًا غامضًا بأن هذا ما يجب أن يحدث».
صورة غرفة سحابية لأول بوزترون جرت ملاحظته. الخط الثخين في المنتصف هو صفيحة من الرصاص.
لكننا نعلم أن بإمكاننا استبعاد حدوث تنافر.
تقول دي لاموت: «افترض بعض العلماء أن لجسيمات المادة المضادة كتلة سلبية، ما يعني أنها قد تتنافر مع قوى الجاذبية». لكن هذا مستبعد جدًا، نظرًا إلى امتلاك جسيمات المادة والمادة المضادة كتلًا متماثلة، سواء بالكم أو الإشارة.
من الجدير بالذكر عدم وجود شيء مميز في تجاذب المادة والمادة المضادة، فالجاذبية تتعامل مع أي كتلتين بنفس الطريقة.
تشرح دي لاموت ذلك قائلة: «يتجاذب الهيدروجين والهيدروجين المضاد بنفس طريقة تجاذب ذرتي هيدروجين، لكن كل شيء يعتمد على مقاييس المواد، ستفني كمية من المادة والمادة المضادة بحجم كرة القدم بعضهما عبر القوى الكهرومغناطيسية بدلًا من اندفاع كل منهما نحو الأخرى بفعل قوى الجاذبية، وستهيمن قوى الجاذبية فقط على مقياس كوني مثل كوكب من المادة المضادة يدور حول نجم من المادة».
عمليًّا، تتفاعل المادة مع المادة المضادة على مقياس كمومي فقط.
تكمن المشكلة في أن فهمنا للجاذبية ينحصر بالمقياس المرئي، مقياس يتراوح بين حجم البشر إلى حجم الكون، لكننا نتحدث هنا عن جسيمات متناهية الصغر، أصغر حتى من نواة الذرة، في العالم الكمومي حيث تميل القوى الطبيعية الثلاث الأخرى للتفوق على قوة الجاذبية.
ما زال فهم العلماء محدودًا عن كيفية تأثير الجاذبية في الجسيمات تحت الذرية.
توضح دي لاموت: «لدينا نظرية رائعة على المقياس الكبير أو النسبية العامة، ونظرية رائعة على المقياس الصغير أو نظرية الحقل الكمومي، لكننا عاجزون عن توحيدهما، إنها مسألة لا نملك لها جوابًا، يفكر البعض في الجاذبية الكمومية، لكنها تبقى أمرًا بعيدًا عن متناولنا».
لدينا بعض النظريات على كل حال، فقد افترض العلماء مثلًا وجود جسيم يسمى الغرافيتون يتواسط قوى الجاذبية.
تقول دي لامونت: «يصدر أحد الجسيمات -وهو الغرافيتون ليشعر الجسم الآخر بوجوده ويدفعه للانجذاب إليه، لكننا لم نتمكن من فهم الآلية بعد».
سيطرح وجود الغرافيتون -إن وجد- المزيد من الأسئلة بشأن النموذج المعياري أو الهيكل الذي يفسر بنية المادة وتفاعلاتها، ما يمثل خطوة أخرى باتجاه نظرية كل شيء.
تقول دي لاموت: «إنها مهمة علماء المستقبل، إذ سيستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن نرى مسألة فيزياء لطلاب الثانوية تقول: لدينا إلكترون وبجواره بوزيترون؛ أحسب مقدار الحركة الناتجة عن قوى الجاذبية».
اقرأ أيضًا:
أجسام من المادة المضادة قد تكون متوارية في مجرة درب التبانة
تحطيم رقم قياسي جديد لإبطاء المادة المضادة
ترجمة: إيهاب عيسى
مراجعة: تسنيم الطيبي
