نقيض الهيدروجين

يتكون نقيض الهيدروجين من نقيض البروتون وبوزيترون.

نقيض الهيدروجين في الفيزياء النووية (بالإنجليزية: Antihydrogen) هومادة مضادة أونقيض المادة للهيدروجين. فبينما تتكون ذرة الهيدروجين من بروتون وإلكترون يتكون مضاد الهيدروجين من نقيض البروتون وبوزيترون. وقد نجح الفهماء منذ عام 1995 في إنتاج نقيض الهيدروجين في تجارب معجلات الجسيمات. وحتى الآن فكان نقيض الهيدروجين المولد في معجل الجسيات ذوسرعة عالية مما يجعل إمكانية دراسته ضعيفة، إذ أنه سرعان ما يصطدم بالمادة العادية يُفنى. ولكن في نوفمبر عام 2010 وللمرة الأولى فقد ابتكر مصادم الهدرونات الكبير الموجود بين سويسرا وفرنسا بالقرب من جينيف نقيض الهيدروجين ذونسقات بسيطة وبطيئة حيث فيما بعد تم استطلاع محاصرته بواسطة فخ مغناطيسي لاجراء تمام الملاحظة على مكوناتها .

كما استطاع فهماء سيرن حبس هذا النقيض لأكثر من 16 دقيقة.

تاريخ إنتاج نقيض البروتون

جهاز ليار LEAR في سيرن الذي ابتكر ذرة نقيض الهيدروجين لأول مرة.

في نهاية عام 1995 نجحت إحدى المجموعات الفهمية التي تعمل في مصادم الهدرونات الكبير القريب من جينيف في إنتاج مضاد الهيدروجين لاول مرة. وقامت مجموعة الفهماء التي تعمل مع العالم الفيزيائي فالتر أولرت من مركز أبحاث يوليش بألمانيا بحجز نقيض البروتون كنواة مع بوزيترون. وأعادوتلك التجربة عدة مرات في السنوات التالية وعضضوا أنفسهم بفهماء من مكشاف مصادم فيرميلاب الأمريكي للتجربة.

يتكون الهيدروجين الطبيعي من ذرة تحوي جسيمين أوليين هما بروتون كنواة للذرة وإلكترون يحوم في غلافها. ويوجد لكل جسيم أولي مادة مضادة ويتصف بأن شحنته الكهربية تكون معكوسة. فالإلكترون له شحنة أولية سالبة، ونقيض الإلكترون وهوالبوزيترون يحمل شحنة أولية موجبة.

ويظهر نقيض المادة في الطبيعة نادرا حيث أنه يتحول على الفور إلى طاقة بمجرد ملامسته للمادة العادية. فيوجدوا في معجلات الجسيمات بطريقة اصطناعية ويحتاج إنتاجهم إلى أجهزة فهمية معقدة. ولذلك يعتبر من النجاحات الكبيرة للفهماء عندما يولدون اثنين من تلك الجسيمات المضادة والسماح لهما بالإتحاد لتكوين نقيض للمادة. ووالسؤال المهم هنا هوكيف من الممكن أن تتصرف مثل تلك الذرات المضادة، وللإجابة على هذا السؤال لاقد يكون إلا بإجراء التجربة.

وقد قام جميع من المركزين الفهميين النوويين سيرن ومكشاف مصادم فيرميلاب بإنتاج نقيض المادة في صورة بجسيمات أولية ولكنها كانت "ساخنة" بمعني شديدة السرعة : فكانت تتحرك سريعا بحيث لا يمكن إجراء اختبارات عليه. وفي عام 2002 نجحت مجموعتان فهميتان مكونتان من مختلف الدول في تشكيل جهازين تجريبييين يعملان على خفض سرعة نقيض البروتون وهما جهاز أتراب ATRAP وجهاز أثينا ATHENA. وتسابقت مجموعتي الفهماء التي قاد أحدهما العالم رولف لانداومن سيرن لحجز أول نقيض للهيدروجين وسبقت تلك المجموعة اختها بعدة أسابيع. ثم نجح الفهماء من حجز نقيض الهيدروجين في مصيدة مغناطيسية من نوع مصيدة إيوف المعدلة في درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق بغرض إجراء الاختبارات عليه، وكان ذلك في نوفمبر 2010. وتوصلت إلى ذلك مجموعة الفهماء العاملة مع جيفري هانجست الدي يشارك العمل في سيرن وهومن جامعة آرهوس بالدنمارك ونجحت في أجراء اختبارات على نقيض الهيدروجين لمدة 172 مللي ثانية.

وكان حجز مضاد الهيدروجين في مصيدة مهما لغرض خفض سرعته بواسطة تبريد بالليزر إلى درجة حرارة تبلغ عدة مللي كلفن أوحتى ميكروكلفن ثم إجراء تحليل طيفي ليزري عالي التباين على نقيض الهيدروجين. في مايو2011، استطاع فريق ألفا في سيرن حجز نقيض الهيدروجين حوالى 1000 ثانية أو17 دقيقة.

الغرض من إجراء التحليل الطيفي الليزري هوقياس خط الطيف 1S–2S-Linie بتباين عالي.وعن طريق تعيين هذا الخط بدقة في جميع من الهيدروجين ومضاد الهيدروجين يمكن اختبار نظرية سي بي تي التي تعتبر أحد النظريات الأساسية في الفيزياء الحديثة.

والغرض الثاني هواختبار نظرية الجاذبية. وحيث حتى نقيض المادة يحمل طاقة موجبة/كتلة طبقا للنظرية النسبية العامة لأينشتاين فمن المتسقط حتى نقيض المادة سيتعامل مع مجال الجاذبية بطريقة معهودة. ويمكن القيام بهذا الاختبار على نقيض الهيدروجين المتعادل كهربائيا بدرجة عالية من الدقة عن اختبار جسيمات أولية نقيضة تكون مشحونة مما يصعب اجراء الاختبار عليها. ولأجراء ذلك الاختبار فقد ابتكر جهاز يسمى أيجيس AEGIS مقترنا بجهاز كبح نقيض البروتون في المنظمة الأوروبية للبحث النووي سيرن. ويوجد هذا الجهار حاليا في فترة الاستعداد.

إنظر أيضاً

تجربة أطلس
تجربة أليس
لولب مركب للميون
معجل جسيمات
معجل خطي
مسرع دوراني تزامني
تيفاترون

المصادر

^ Andresen, G.; et al. (2010). "Trapped antihydrogen". Nature. 468 (7321). doi:10.1038/nature09610. Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
^ G. Gabrielse; et al. (2002). "Background-Free Observation of Cold Antihydrogen with Field-Ionization Analysis of Its States". Phys Rev Lett. 89 (21): 213401. doi:10.1103/PhysRevLett.89.213401. PMID 12443407. Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
^ G. Gabrielse; et al. (2002). "Driven production of cold antihydrogen and the first measured distribution of antihydrogen states". Phys Rev Lett. 89 (23): 233401. doi:10.1103/PhysRevLett.89.233401. PMID 12485006. Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
^ G. Gabrielse; et al. (2004). "First Measurement of the Velocity of Slow Antihydrogen Atoms". Phys Rev Lett. 93 (7): 073401. doi:10.1103/PhysRevLett.93.073401. PMID 15324235. Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
^ C. H. Storry; et al. (2004). "First Laser-Controlled Antihydrogen Production". Phys Rev Lett. 93 (26): 263401. doi:10.1103/PhysRevLett.93.263401. PMID 15697977. Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
^ ALPHA Collaboration (2011). "Title: Confinement of antihydrogen for 1000 seconds". مؤرشف من الأصل في 07 أكتوبر 2019.