كان النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات الوسيلة السائدة لشرح ما هي اللبنات الأساسية للمادة وكيف تتفاعل لعقود. تم اقتراح النموذج لأول مرة في السبعينيات ، وهو يدعي أنه مقابل كل جسيم تم إنشاؤه ، هناك مضاد للجسيمات. على هذا النحو ، فإن اللغز الدائم الذي يطرحه هذا النموذج هو سبب وجود الكون إذا كان نظريًا يتكون من أجزاء متساوية من المادة والمادة المضادة.
كان هذا التفاوت الظاهر ، والمعروف باسم انتهاك تكافؤ الشحن (CP) ، موضوعًا للتجارب لسنوات عديدة. ولكن حتى الآن ، لم يتم إجراء عرض نهائي لهذا الانتهاك ، أو مدى وجود مادة في الكون بدون نظيره. ولكن بفضل النتائج الجديدة التي أصدرها تعاون Tokai-to-Kamioka (T2K) الدولي ، قد نكون أقرب خطوة واحدة لفهم سبب وجود هذا التفاوت.
لوحظ لأول مرة في عام 1964 ، يقترح انتهاك CP أنه في ظل ظروف معينة ، لا تنطبق قوانين تناظر الشحنات وتماثل التكافؤ (المعروف أيضًا باسم CP-symmetry). تنص هذه القوانين على أن الفيزياء التي تحكم الجسيم يجب أن تكون هي نفسها إذا تم تبادلها مع جسيمها المضاد ، بينما سيتم عكس إحداثياتها المكانية. من هذه الملاحظة ، ظهر أحد أعظم الألغاز الكونية.
إذا كانت القوانين التي تحكم المادة والمادة المضادة هي نفسها ، فلماذا إذن الكون تسيطر عليه المادة؟ وبدلاً من ذلك ، إذا كانت المادة والمادة المضادة مختلفتين جوهريًا ، فكيف يتوافق هذا مع مفاهيمنا للتناظر؟ إن الإجابة على هذه الأسئلة ليست مهمة فقط بقدر ما تذهب نظرياتنا الكونية السائدة ، بل هي أيضًا جوهرية لفهم كيفية عمل التفاعلات الضعيفة التي تحكم الجسيمات.
تأسس تعاون T2K الدولي في يونيو 2011 ، وهو أول تجربة في العالم مخصصة للإجابة على هذا اللغز من خلال دراسة التذبذبات النيوترينية ومضادات النيوترينو. تبدأ التجربة بحزم عالية الكثافة من النيوترينات الميونية (أو النيوترينات المضادة للنيوترينوات) التي يتم إنشاؤها في مجمع أبحاث بروتون اليابان المسرع (J-PARC) ، والتي يتم إطلاقها بعد ذلك باتجاه كاشف Super-Kamiokande على بعد 295 كم.
يعد هذا الكاشف حاليًا أحد أكبر الأجهزة وأكثرها تعقيدًا في العالم ، وهو مخصص لاكتشاف ودراسة النيوترينوهات الشمسية والغلافية. بينما تنتقل النيوترينوات بين المؤسستين ، فإنهما يغيران "النكهة" - بدءًا من النيوترينات الميونية أو مضادات النيوترينو إلى النيوترينونات الإلكترونية أو المضادة للنيوترينوات. في مراقبة هذه الحزم من النيوترينو ومضاد النيوترينو ، تراقب التجربة معدلات مختلفة من التذبذب.
سيظهر هذا الاختلاف في التذبذب أن هناك اختلالًا بين الجسيمات والجسيمات المضادة ، وبالتالي يوفر أول دليل نهائي على انتهاك CP للمرة الأولى. كما أنه يشير إلى أن هناك فيزياء تتجاوز النموذج القياسي لم يقم العلماء بعد بدراسةها. في أبريل الماضي ، تم إصدار أول مجموعة بيانات أنتجتها T2K ، والتي قدمت بعض النتائج الواضحة.
كما قال مارك هارتز ، أحد المتعاونين مع T2K وأستاذ مساعد مشروع Kavli IPMU ، في بيان صحفي صدر مؤخرًا:
"في حين أن مجموعات البيانات لا تزال صغيرة جدًا بحيث لا يمكنها إصدار بيان نهائي ، فقد رأينا تفضيلًا ضعيفًا لانتهاك CP كبير ونحن متحمسون لمواصلة جمع البيانات وإجراء بحث أكثر حساسية عن انتهاك CP."
هذه النتائج التي نشرت مؤخرا في رسائل المراجعة البدنية ، تشمل جميع البيانات التي يتم تشغيلها من يناير 2010 إلى مايو 2016. في المجموع ، تضمنت هذه البيانات 7.482 × 1020 البروتونات (في وضع النيوترينو) ، والتي أنتجت 32 نيوترينو إلكترون و 135 حدث نيوترينو ميون ، و 7.471 × 1020 البروتونات (في وضع antineutrino) ، والتي أسفرت عن 4 إلكترونات لمكافحة النيوترينو و 66 حدث نيوترينو ميون.
وبعبارة أخرى ، قدمت الدفعة الأولى من البيانات بعض الأدلة على انتهاك CP ، مع فترة ثقة تبلغ 90٪. لكن هذه ليست سوى البداية ، ومن المتوقع أن تستمر التجربة لمدة عشر سنوات أخرى قبل الانتهاء. قال هارتز: "إذا كنا محظوظين وكان تأثير انتهاك CP كبيرًا ، فقد نتوقع 3 أدلة سيجما ، أو حوالي مستوى ثقة بنسبة 99.7٪ ، لانتهاك CP بحلول عام 2026".
إذا أثبتت التجربة نجاحها ، فقد يتمكن الفيزيائيون أخيرًا من الإجابة عن الكيفية التي لم يبدد بها الكون المبكر نفسه. من المحتمل أيضًا أن يساعد في الكشف عن جوانب الكون التي يتطلع إليها فيزيائيو الجسيمات! لأنه هنا من المحتمل أن يتم العثور على إجابات لأعمق أسرار الكون ، مثل كيف تتوافق كل قوىه الأساسية معًا.
