قام العلماء ببناء “مدفع ذري” لاختبار ما إذا كانت المادة الغريبة تسقط كما تنبأت نظرية أينشتاين.
الباحثون في ETH زيوريخ و معهد بول شيرير (PSI) في فيليجن أنشأوا شعاعًا من الميونيوم يتم التحكم فيه بإحكام، وهي ذرة غير عادية تحتوي على إلكترون وأنتيمون. تقدمهم، الموصوف في فيزياء الطبيعةيزيل عقبة رئيسية أمام قياس كيفية تأثير الجاذبية على قريب أثقل من الجسيمات التي تشكل المادة اليومية.
تقول آنا سوتر، أستاذة الفيزياء التي تقود البحث: “لقد اتخذنا خطوة مهمة نحو إجراء تجربة مثيرة حول هذا الموضوع”. “نريد قياس تفاعل الجاذبية للميون.”
لماذا يتم اختبار الجاذبية باستخدام مادة غريبة؟
تحتوي المادة العادية على إلكترونات ونواة ذرية مكونة من البروتونات والنيوترونات. تنتمي الإلكترونات والكواركات الموجودة داخل تلك البروتونات والنيوترونات إلى الجيل الأول من الجسيمات الأولية. تمتلك الطبيعة أيضًا جيلين أثقل، بما في ذلك الميون، وهو نظير الجيل الثاني للإلكترون.
يصف النموذج القياسي شجرة عائلة الجسيمات هذه دون أن يوضح سبب وجود ثلاثة أجيال لها. يقول سوتر: “لكننا نحن الفيزيائيون لا نفهم حتى الآن سبب وجود هذه الأجيال الإضافية في المقام الأول”. “ولماذا هناك ثلاثة في المجموع؟”
تم إجراء التجارب باستخدام مسرع الجسيمات هذا في PSI في فيليجن. الائتمان: ماركوس فيشر / معهد بول شيريرعند استبعاد مقاومة الهواء والقوى الخارجية الأخرى، فإن الأجسام العادية تسقط بنفس المعدل في نفس مجال الجاذبية، بغض النظر عن كتلتها أو تركيبها. تعد عالمية السقوط الحر، المرتبطة بجاليليو جاليلي وإسحاق نيوتن، أمرًا أساسيًا في نظرية الجاذبية لأينشتاين.
يربط المبدأ الأساسي كتلة الجاذبية، التي تحدد كيفية استجابة الجسم للجاذبية، مع كتلة القصور الذاتي، التي تحدد مدى قوة مقاومة الجسم للتسارع. وقد شملت الاختبارات المباشرة حتى الآن مادة عادية أو الجيل الأول من المادة المضادة. يقدم Muonium طريقة لمعرفة ما إذا كانت العلاقة نفسها تنطبق على جسيمات الجيل الثاني.
تجربة الجاذبية ضد الساعة
في PSI ، يقوم المسرع بإنتاج الميونات وجسيماتها المضادة. عندما يرتبط أنتيمون موجب الشحنة بإلكترون سالب الشحنة، فإن شحناته تلغي، وتشكل الميونيوم المحايد. على الرغم من أن الذرة تحتوي على إلكترون، إلا أن معظم كتلتها تأتي من أنتيمون أثقل بكثير.
يوضح سوتر: “إن الميونيوم الغريب مناسب جدًا لهذا لأنه ذرة محايدة”. “ففي نهاية المطاف، لكي تسقط شيئًا ما، فأنت بحاجة إلى شيء محايد.” تستجيب الجسيمات المشحونة أيضًا للجاذبية، لكن القوى الكهرومغناطيسية الناتجة عن المجالات الضالة يمكن أن تطغى على تأثيرها الأضعف بكثير.
يقوم طلاب الدكتوراه الثلاثة، روبرت وادي، وجيسي تشانغ، وبول ويجمان (من اليسار إلى اليمين) بمحاذاة التجربة في PSI مع خط الأشعة. المصدر: آنا سوتر / ETH زيورخومع ذلك، يجب على الباحثين العمل ضمن نافذة قصيرة للغاية: حيث تضمحل الميونات بعد متوسط قدره 2.2 ميكروثانية فقط. وقد أدت مصادر الميونيوم السابقة إلى تفاقم هذه المشكلة عن طريق إطلاق الذرات في اتجاهات مختلفة وبسرعات متفاوتة على نطاق واسع، مما يجعل من الصعب قياس حركتها بدقة.
يقول سوتر: “لقد تمكنا من إنتاج ذرات الميونيوم في حالة “باردة”، وهو ما يجعل تجربة الجاذبية ممكنة في المقام الأول”. “في هذه الحالة، كلمة “باردة” تعني أن الذرات تنتشر بسرعات مماثلة، تقريبًا متوازية مع بعضها البعض.”
كيف يعمل المدفع الذري
ولإنشاء هذا الشعاع المنظم، تحول الفريق إلى الهيليوم فائق السيولة. يقول جيسي تشانغ، المؤلف الرئيسي للدراسة: “من أجل تحقيق ذلك، استخدمنا الهيليوم فائق السيولة الذي تم تبريده بالقرب من الصفر المطلق عند درجة حرارة 273 درجة مئوية تحت الصفر”. أي ما يقرب من -459 درجة فهرنهايت. يشرح تشانغ: “الهيليوم فائق الميوعة هو ما يعرف بالسائل الكمي، حيث تفقد ذرات الهيليوم الفردية هويتها ولا تتحمل أي شوائب داخلها”. تتباطأ الأنتيموونات التي تدخل طبقة رقيقة من هذا السائل ويمكنها التقاط الإلكترونات الحرة وتشكيل الميونيوم. الذرات الناتجة لها إمكانات كيميائية إيجابية، وهذا يعني أن البقاء داخل الهيليوم غير مواتية للطاقة. عندما تصل الذرة إلى السطح، تتحول هذه الطاقة إلى حركة، وتطلقها عموديًا خارج السائل. يقول تشانغ: «لذا فإننا نستخدم الإمكانات الكيميائية كمدفع ذري». كما يسمح الهيليوم أيضًا للميونيوم بالانتقال نحو السطح بسرعة مميزة دون اصطدامات من شأنها أن تبعثره. وهذا أمر ضروري للذرات التي تتحلل مضاداتها بسرعة كبيرة.
يقول سوتر: “في تجاربنا، نعتمد أيضًا على مسرع الجسيمات الخاص بشركة PSI ، والذي يولد حزم الميون الأكثر كثافة واستمرارًا في العالم”. “بفضل هذا المصدر عالي الجودة، يمكن إنتاج عدد كبير من ذرات الميونيوم.”
قراءة الجاذبية في الموجة الذرية
يعد إنتاج الشعاع خطوة نحو قياس الجاذبية، وليس القياس نفسه. يقوم الفريق الآن بتطوير مقياس التداخل، وهو أداة تستخدم خصائص موجة الذرات لإنشاء نمط التداخل.
وينبغي لجاذبية الأرض أن تغير هذا النمط قليلاً. ومن شأن قياس التحول أن يكشف عن كيفية تسارع الميونيوم تحت الجاذبية، مما يسمح للباحثين باختبار ما إذا كان مكون الأنتيموون الثقيل يتبع نفس القاعدة التي تتبعها المادة العادية.
تقوم البروفيسور آنا سوتر وطالب الدكتوراه بول فيجمان بتجميع كاشفات السيليكون المبردة للتجربة. الائتمان: روبرت وادي / ETH زيوريخيقول سوتر: “نأمل أن نكون قادرين على اختبار الطريقة لأول مرة باستخدام الحزمة الذرية هذا العام، وإذا سارت الأمور على ما يرام، فإن تجربة الجاذبية الفعلية ستتبع في غضون عامين أو ثلاثة أعوام”.
يمكن للشعاع أيضًا تحسين التحليل الطيفي بالليزر، والذي يستخدم الضوء لاستكشاف الخصائص الذرية. يمكن للقياسات الأكثر دقة للميونيوم تحسين تقديرات كتلة الميون والثوابت الفيزيائية الأساسية، وهو هدف آخر لمجموعة البحث.
هل يستطيع Muonium الكشف عن القوة الخامسة؟
نتيجة غير متوقعة يمكن أن تفتح تحقيقا أوسع بكثير. إذا كان الميونيوم يسقط بشكل مختلف عن المادة العادية، فسيحتاج الفيزيائيون إلى تفسير السبب. يقول سوتر: “سيكون ذلك مفاجئًا بالفعل، وبالإضافة إلى نظريات أخرى، يمكن أن يشير إلى وجود قوة خامسة”.
تتعرف الفيزياء حاليًا على أربعة تفاعلات أساسية: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والتفاعل القوي، والتفاعل الضعيف. وقد تم اقتراح تشكيل قوة خامسة عدة مرات، ولكن لم يتم تأكيد أي منها.
يقترب سوتر من التجربة دون تفضيل نتيجة معينة. تقول: “أنا منفتحة تمامًا”. “أريد ببساطة أن أقيس، لأول مرة، ما إذا كان التكافؤ بين كتلة الجاذبية وكتلة القصور الذاتي ينطبق أيضًا على الجيل الثاني من الجسيمات – وهذا وحده عمل ملهم تمامًا.”
مراجع:
“توليد شعاع الميونيوم عالي الكثافة وفائق الحرارة لتجارب الجاذبية والتحليل الطيفي بالليزر” بقلم J. Zhang و A. Antognini و M. Bartkowiak و D. Goeldi و K. Kirch و A. Knecht و D. Taqqu و R. Waddy و F. Wauters و P. Wegmann و A. Soter ، 14 سبتمبر 2026، فيزياء الطبيعة.دوى: 10.1038/s41567-026-03433-x
“شعاع الميونيوم الفائق الحرارة” بقلم جيان تانغ وشيهان تشاو، 14 سبتمبر 2026، فيزياء الطبيعة.دوى: 10.1038/s41567-026-03435-9
يتم دعم هذا البحث من قبل المركز الوطني للكفاءة البحثية الكون الكوني.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
مشاهدة هذا ldquo المدفع الذري rdquo يمكن أن يتحدى نظرية الجاذبية لأينشتاين
يذكر بـأن الموضوع التابع لـ هذا المدفع الذري يمكن أن يتحدى نظرية الجاذبية لأينشتاين قد تم نشرة ومتواجد على قد تم نشرة اليوم ( ) ومتواجد على بتوقيت بيروت_ beiruttime ( لبنان ) وقد قام فريق التحرير في برس بي بالتاكد منه وربما تم التعديل علية وربما قد يكون تم نقله بالكامل اوالاقتباس منه ويمكنك قراءة ومتابعة مستجدادت هذا الخبر او الموضوع من مصدره الاساسي.
التفاصيل من المصدر - اضغط هنا :::
وختاما نتمنى ان نكون قد قدمنا لكم من موقع Pressbee تفاصيل ومعلومات، هذا “المدفع الذري” يمكن أن يتحدى نظرية الجاذبية لأينشتاين.
في الموقع ايضا :