تناظر المادة والمادة المضادة(*)

 لقد شغل مفهوم الزمكان خلطة ساخنة جدا ومنذ وقت مبكر، فيما يخص تكون جسيمات المادة، وتفاعل الجسيمات من أمثال (الكواركات، الإلكترونات، البوزترونات، العونونات، غلوونس، النيوترونات، وغيرها)، وتم إنشاء جسيمات المادة واللامادة في كل الوقت من الفوتونات، والغلوونس، وغيرها، واختفى مرة أخرى بعد ذلك بوقت قصير، وبعد ان برد وضعف الكون للخارج، أمكن للمادة وجسيمات المادة المضادة matter and antimatter البقاء وتجنب إبادة بعضهم البعض على الفور.

وهنا تكمن مشكلة كبيرة وفقاً لنظرية مجال الكم، إذا كانت حدثت كل هذه التفاعلات في توازن حراري، فإنها يجب أن تنتج كميات متساوية من المواد والجزيئات المضادة من هذه العملية. تسمى هذه العملية تماثلاً أو تناظر المادة والمادة المضادة (matter-antimatter "asymmetry) في علم الكونيات.

لحل هذه المشكلة، نحن بحاجة إلى بعض أنواع التماثل بين المادة والمادة المضادة وكانت ردود الفعل واضحة لدى ساخاروف Sakharov عام 1967م، لتوليد مثل هذا التناظر، وكاد أن يحدث ولو جزئياً مثل هذا في توازن غير حراري. إضافة إلى ذلك، كان ما يسمى ( CP symmetry) لجسيمات الفيزياء التي تعرضت (يعني أن المادة والمادة المضادة تسلك بشكل مختلف قليلاً، على عكس الذي في مجال نظرية الكم، وقال في ذلك الوقت): إن  عدد البايرونات لا يمكن الحفاظ عليها.

إن ما نريده أن يحدث ليس هو الحل، وهو ليس حلاً في حد ذاته، فالحلول الحديثة لمثل هذه المشكلة تعتمد على ما يسمى (كسر التناظر) في درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية مثل التي وجدت في بداية الكون، كما أنه لا يمكن تمييز القوة الكهرومغناطيسية، والقوة الضعيفة في أجل توحيدها لتصبح قوة واحدة. وكما أن الكون بيرد (تحت درجة حرارة 1015 كلفن، وبعد مرور فترة زمنية 0.1 من بليون من الثانية)، تنفصل تلك القوى إلى قوى مميزة، كما نراها اليوم هذه المرحلة الانتقالية، يتحكم بها على الأقل محلياً، للحرارة غير المتزنة .thermal non-equilibrium المطلوبة، وقد بني هذا الانتهاك CP violation لتناظر CP النظرية الكهرومغناطيسية الضعيفة electroweak وعند درجة الحرارة العالية فإن الأساس من النموذج العياري لفيزياء الجسيمات يسمح أيضاً بعدم المحافظة على عدد البايرونات.

لا يمكن مسح كافة التفاصيل حتى الآن (على سبيل المثال، فإنه ليس واضحاً بعد فيما إذا كان مثل هذه النماذج يمكن أن تفسر التباين الملحوظ في المستوى الكمومي). لكن معظم علماء الكون واثقون من أن هذا هو الطريق الصحيح، ومشكلة تناظر المادة والمادة المضادة سوف تحل بصورة مرضية.

_________________________________

(*) في فيزياء الجسيمات، تعتبر كل من تناظرات الشحنة والسوية CP-symmetry (وإن CP violation هي انتهاك التناظر المفترض) أساسية في عمليات تحويل المادة، فأقتران الشحنة (Charge) أو C هي عملية تحويل الجسيمات إلى جسيمات مضادة والعكس. على سبيل المثال، تحويل الإلكترون في الشحنة السالبة إلى بوزيترون موجب. أما السوية (Parity) أو P تقلب أحداثيات القضاء، كان تضع مرأة أمام الشيء، فمثلاً تتحول اليد اليمنى إلى يسرى أضف إلى هذين التناظرين، تناظراً آخر هو الزمان (Time) أو T بمعنى أن عكس الوقت لا تغير القوانين التي تحكم سيرورة الظواهر الفيزيائية. إن عملية قلب الشحنة C والسورية P لا تؤثر على مسار أي من الظواهر الفيزيائية الكهرومغناطيسية التقليدية (أو الكمية)، فالإلكترون وضديه مثلاً تحكمهما نفس القوانين الفيزيائية، كما أن التأثرات الشديدة في النموذج المعياري لا تتأثر بأي من هذه العمليات، حتى بداية الخمسينيات.