داخل أول خدمة توصيل المادة المضادة في العالم

تقع في قلب مصنع المادة المضادة في CERN، وتحيط بها مجالات مغناطيسية قوية للغاية وداخل فراغ أقل من الفضاء بين النجوم، وهي من أكثر المواد حساسية على الأرض. داخل صندوق بحجم خزانة الملفات، والذي يزن بضع مئات من الكيلوجرامات أقل من سيارة فورد فوكس، توجد حفنة من البروتونات المضادة التي ظلت لأسابيع في سكون غير عادي. قد تتوقع معظم الجسيمات الأخرى المنتجة في هذا المبنى أن يتم فحصها وحثها، لكن هذه البروتونات المضادة لها وظيفة واحدة فقط: وهي الانتظار وانتظار رحلتها.

سيتم قريبًا نقل مئات الجسيمات من المادة المضادة تقريبًا على ظهر شاحنة حول حلقة طريق بطول 4 كيلومترات حول حرم CERN، والذي سيكون أول عرض لخدمة توصيل المادة المضادة في المستقبل، والتي ستشهد يومًا ما نقل المادة المضادة إلى المختبرات في جميع أنحاء أوروبا.

لقد جئت إلى حرم CERN، بالقرب من جنيف، سويسرا، لأرى التجربة، التي تسمى اختبارات التماثل في التجارب مع البروتونات المضادة المحمولة (STEP)، في الاستعدادات النهائية لها قبل اليوم الكبير، كما يصطحبني قائد المشروع كريستيان سمورا في جولة في المنشأة. ويقول: “إنها رائدة في علم المادة المضادة”. “إن فكرة نقل البروتونات المضادة كانت موجودة، من حيث المبدأ، منذ أن بدأ هذا المرفق، والآن هي المرة الأولى التي أصبح فيها من الممكن القيام بذلك بالفعل.”

لقد عرفنا منذ عشرينيات القرن العشرين أن العديد من الجسيمات لها نظير شبه متطابق، باستثناء شحنة معاكسة تسمى المادة المضادة. لكن الأمر استغرق ما يقرب من نصف قرن حتى يتمكن العلماء من إنتاج وتخزين أبسط مادة مضادة -البروتون المضاد- بكميات كبيرة بسبب ميلها إلى الفناء والاختفاء عند مواجهة نظيرها المادي، البروتون الوفير.

تم إجراء التجارب الأولى لحصر البروتونات المضادة في CERN في الثمانينيات، حيث تم إنتاجها عن طريق تحطيم البروتونات معًا في أهداف معدنية. اليوم، تعد قاعة مبطئ المادة المضادة في CERN، والمعروفة باسم مصنع المادة المضادة، المكان الوحيد في العالم الذي يمكنه إنتاج ملايين البروتونات المضادة حسب الطلب وتخزينها لمزيد من الدراسة. فهي موطن لسبع تجارب مختلفة للمادة المضادة، بما في ذلك تجربة تماثل باريون الباريون المضاد (BASE)، والتي يعد STEP جزءًا منها.

تقوم كل هذه التجارب باختبار الخصائص الأساسية للمادة المضادة بدقة متناهية لمعرفة كيف يمكن أن تنحرف عن المادة العادية. يمكن لأي اختلافات أن تلقي الضوء على سبب ظهورنا وكأننا نعيش في كون تهيمن عليه المادة، مع غياب شبه كامل للمادة المضادة.

ولكن للوصول إلى الدقة الاستثنائية المطلوبة، من الضروري تصفية الإشعاعات المزعجة التي قد تتداخل مع القياسات، وهو ما يمثل مشكلة لمصنع المادة المضادة. عندما تدخل البروتونات المضادة إلى القاعة، فإنها تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء ويجب إبطاؤها باستخدام مجالات مغناطيسية قوية، والتي من المستحيل حجبها بالكامل.

في عام 2018، أدرك سمورا وفريقه أنهم سيحتاجون إلى نقل المادة المضادة بعيدًا عن المصنع إلى مكان أكثر هدوءًا، ووضعوا خطة للهروب. “لقد رأينا تأثير تقلبات المجال المغناطيسي، لذلك كان من الواضح أننا سنحتاج في النهاية إلى مواصلة قياساتنا الدقيقة [elsewhere]”، يقول سمورة.

ولم تكن هذه مهمة سهلة. يتطلب احتواء المادة المضادة عادةً مجالات مغناطيسية قوية تنتجها مغناطيسات فائقة التوصيل، والتي يجب أن تبقى عند مستوى قريب من الصفر المطلق، مما يتطلب كميات هائلة من الطاقة. قام سمورا وفريقه بتصميم STEP لاستخدام خزان سعة 30 لترًا فقط من الهيليوم السائل للحفاظ على برودة المغناطيسات، بحيث يمكن تشغيل الإلكترونيات بدلاً من ذلك باستخدام مولد ديزل بسيط. ومع ذلك، في التشغيل التجريبي القادم، سيستخدم طاقة البطارية فقط.

يجب أيضًا تصميم المغناطيس للتعامل مع تسارع التوقف والتشغيل الذي يحدث أثناء القيادة، بالإضافة إلى نظام فراغ مخصص لضمان إمكانية الحفاظ على غياب المادة العادية المثيرة للمشاكل أثناء تحميل البروتونات المضادة داخل المصيدة وتفريغها منها.

في عام 2024، أثبت سمورا وفريقه أن STEP يعمل مع البروتونات العادية من خلال قيادة أجهزتهم الغريبة حول حرم CERN على متن شاحنة. الآن، سمورا وفريقه على وشك تجربة الشيء الحقيقي.

وكانت الاستعدادات حتى الآن واضحة نسبيا. قبل حوالي أسبوع من وصولي، تم إبطاء حوالي 100 بروتون مضاد ودخلت في النظام المعقد من الفراغات والمجالات الكهرومغناطيسية التي ستحتوي عليها.

منذ ذلك الحين، ظلوا جالسين هناك مكتوفي الأيدي وسط مجموعة متشابكة من الأسلاك وأنابيب الهيليوم السائل. يستطيع سمورا وفريقه التحقق من العلامات الحيوية للمادة المضادة باستخدام شاشة راسم الذبذبات الصغيرة المثبتة على الآلة، حيث يأخذ التردد المميز الذي تهتز عنده البروتونات المضادة شكل حدبتين. لقد قاموا بتثبيت عينين خادعتين بمودة فوق كل قمة.

في الساعات الأولى من صباح الثلاثاء، سترفع رافعة المصيدة التي يبلغ وزنها 850 كيلوغرامًا بالكامل على الجزء الخلفي من الشاحنة، يقودها شخص حصل على تدريب متخصص لقيادة معدات CERN الحساسة، مع التأكد من عدم تسارعها أو توقفها فجأة.

ستقطع الشاحنة بعد ذلك مسافة 4 كيلومترات حول حرم CERN، لتعود إلى مصنع المادة المضادة حيث بدأت.

إذا نجح اختبارهم، فإن الهدف النهائي لسمورا وفريقه سيكون قيادة كبسولة المادة المضادة الخاصة بهم على الطرق خارج CERN، وتسليمها إلى المختبرات في جميع أنحاء أوروبا. أحد هذه المرافق قيد الإنشاء حاليًا في جامعة هاينريش هاينه دوسلدورف في ألمانيا، حيث ستتم دراسة المادة المضادة في غياب أي مجالات مغناطيسية خارجية تقريبًا. ومع ذلك، قد يستغرق هذا الهدف عدة سنوات، حيث سيتم إغلاق CERN إلى حد كبير في يوليو لترقية مصادم الهادرونات الكبير للعمل بقدرات أعلى. لن تنتهي هذه الترقية حتى أواخر عام 2028.

ولكن بمجرد تشغيل خدمة توصيل المادة المضادة، قد تقود سيارتك على طريق سريع سويسري أو ألماني وتجد نفسك بجوار شاحنة مليئة بالمادة المضادة. ستبدو مثل الشاحنة العادية، لكن محتوياتها لن تكون عادية على الإطلاق. قد يبدو هذا اقتراحًا مثيرًا للقلق، نظرًا لميل المادة المضادة إلى الفناء عندما تلتقي بالمادة العادية، لكن لا ينبغي للناس أن يخافوا، كما يقول سمورا.

يقول سمورا: «لا يوجد شيء خطير في نقل المادة المضادة، لأن الكمية التي ننقلها صغيرة جدًا». “إذا قمت بنقل 1000 بروتون مضاد وضاعت، فلن تلاحظ ذلك حتى.”