علماء يدرسون الكون المبكر لفهم أكبر لغز في علم الكونيات

في حين تشير الرياضيات والمعادلات إلى ضرورة وجود تماثل تام في الكون، فإن حدوث التباين هو التفسير الوحيد لوجودنا في الكون.

تمكن فريق بحثي من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) والمعهد المشترك للفيزياء الفلكية المختبرية (JILA) التابع لجامعة “كولورادو بولدر” (The University of Colorado Boulder) الأميركية من التوصل إلى طريقة جديدة قد تفسر أهم ألغاز الكون إلى الآن.

وحسب علماء الفيزياء الفلكية، فقد تشكلت أعداد لا حصر لها من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات جنبا إلى جنب مع كميات متماثلة تماما من نظيراتها من المادة المضادة في بداية تاريخ الكون، والمادة المضادة هي المادة العادية نفسها لكن مع شحنات مختلفة، فيكون الإلكترون سالب الشحنة مثلا ونظيره البوزيترون موجب الشحنة.

ولكن لأن المادة المضادة هي نفسها المادة العادية مع شحنة مختلفة، فكان لا بد أن تبيد كل منهما الأخرى ولا يوجد الكون بالصورة التي نراها الآن، وهذا تحديدا هو اللغز الذي لم يفسر حتى اليوم.

تباين في مستويات المادة والمادة المضادة

وفي حين تشير الرياضيات والمعادلات إلى ضرورة وجود تماثل تام في الكون، فإن حدوث التباين هو التفسير الوحيد لوجودنا في الكون، فلا بد من وجود بعض بقايا البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، ولذا فقد عكف العلماء على محاولة إيجاد علامات ودلائل لهذا التباين، ستكون إجابة عن سؤال: لماذا وكيف ومتى حدث عدم الاتزان هذا؟

وفي سعيهم لإثبات التباين، قام العلماء من هذا الفريق البحثي بدراسة العزم الكهربائي ثنائي القطب للإلكترون (eEDM)، وهو خاصية تشير إلى مدى انتشار شحنة الإلكترون السالبة بالتساوي بين القطب الشمالي والقطب الجنوبي له، ونشرت نتائج بحثهم في دورية “ساينس” (Science) في السادس من يوليو/تموز الجاري.

وفي حالة قياس العزم الكهربائي بقيمة أعلى من الصفر، فإن هذا يؤكد وجود التباين المنشود، ويكون الإلكترون على شكل بيضة أكثر من كونه دائريا، وفي هذه الحالة يُحل أكبر لغز في علم الكونيات.

دقة قياس غير مسبوقة

وتقول تانيا روسي، طالبة الدراسات العليا في المجموعة البحثية في المعهد المشترك للفيزياء الفلكية المختبرية، في بيان صحفي، “نحتاج إلى إصلاح الرياضيات لدينا لتكون أقرب إلى الواقع. نحن نبحث عن الأماكن التي قد نجد فيها هذا التباين، حتى نتمكن من فهم مصدره. الإلكترونات هي جسيمات أساسية، وتماثلها يدلنا على تماثل الكون”.

وسجل إريك كورنيل وتانيا روسي وفريقهم رقما قياسيا لدقة قياس العزم الكهربائي ثنائي القطب للإلكترون، وتحسين القياسات السابقة. ولإيضاح معنى ذلك، تذكر روسي أنه إذا كان الإلكترون بحجم الأرض فإن دراستهم وجدت أن أي عدم تناسق موجود سيكون أصغر من نصف قطر الذرة، وتضيف أن إجراء قياس بهذه الدقة أمر صعب للغاية، لذلك كان على المجموعة أن تكون ذكية.

وقد درس الباحثون جزيئات فلوريد الهافنيوم، وارتكزت دراستهم على أنهم إذا طبقوا مجالا كهربائيا قويا على الجزيئات فإن الإلكترونات غير المستديرة يجب أن تتماشى مع المجال، وتتحرك داخل الجزيء، أما إذا كانت مستديرة فلن تتزحزح الإلكترونات. وقد سمحت لهم هذه التجربة بالحصول على أوقات قياس أطول من المحاولات السابقة، وذلك أعطاهم حساسية أكبر.

خيارات أخرى لإثبات التباين

وحسب الدراسة، أظهرت قياسات المجموعة أن الإلكترونات لا تحرك مستويات الطاقة، وذلك يشير إلى أنه بناء على أفضل قياسات متاحة حاليا فإن الإلكترونات مستديرة. وعلى الرغم من أن المجموعة البحثية لم تجد تباينا بعد، فإن نتائجهم سوف تساعد على مواصلة البحث عن إجابات لتباين الكون المبكر.

وتختتم روسي قائلة “في حدود دقة القياسات التي توصلنا إليها، وجدنا أن الإلكترون متماثل، ولو كنا وجدنا قياسا غير صفري لكان هذا أمرا مهما. أفضل رهان هو أن توجد فرق من العلماء في أنحاء العالم تبحث في خيارات مختلفة. وما دمنا نواصل قياس الحقيقة، ففي النهاية سيجدها شخص ما”.