علماء MIT يبتكرون طريقة لرؤية داخل الذرة والبحث عن المادة المضادة

تقليديًا، يتطلب استكشاف باطن النواة الذرية وجود مسرعات جسيمات ضخمة تمتد لكيلومترات وتطلق حزمًا من الإلكترونات بسرعات فائقة للغاية. لكن فيزيائيين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) كشفوا عن بديل ثوري "يستخدم إلكترونات الذرة نفسها كأدوات استشعار للدخول إلى النواة مؤقتًا".

في بحث نُشر في مجلة Science، حقق فريق من فيزيائيي MIT قياسات دقيقة بشكل استثنائي لطاقة الإلكترونات التي تدور حول ذرة راديوم تم ربطها كيميائيًا بذرة فلوريد لتكوين جزيء "أحادي فلوريد الراديوم".

ومن خلال دراسة هذه الجزيئات، أنشأ الباحثون ما يشبه مسرّع جسيمات مصغر. في هذه البيئة، كانت الإلكترونات المحيطة بذرة الراديوم محصورة بشكل وثيق بما يكفي لتتسلل أحيانًا إلى النواة قبل أن تعود إلى مداراتها المعتادة.

وعندما عادت تلك الإلكترونات إلى مساراتها الخارجية، احتفظت بالطاقة المتغيرة، حاملة معها فعليًا "رسالة" من داخل النواة يمكن فك شفرتها للكشف عن ترتيبها الداخلي.

قام الباحثون بحصر وتبريد الجزيئات وإرسالها عبر نظام من الغرف المفرغة من الهواء، والتي أرسلوا إليها أيضًا أشعة ليزر تفاعلت مع الجزيئات.

وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من قياس طاقات الإلكترونات داخل كل جزيء بدقة. وعندما حللوا قياساتهم، لاحظوا أن الإلكترونات تحمل طاقات مختلفة قليلاً عما كان متوقعًا لو بقيت خارج النواة.

كان الفرق صغيرًا للغاية، حوالي جزء من المليون من طاقة فوتون الليزر المستخدم لإثارة الجزيئات، لكنه كان دليلاً واضحًا على أن الإلكترونات قد دخلت نواة الراديوم وتفاعلت مع بروتوناتها ونيوتروناتها.

يخطط الباحثون لاستخدام هذه التقنية الجديدة لإنشاء خريطة مفصلة لكيفية توزيع القوى داخل النواة، بهدف رسم خريطة للنواة بدقة أكبر والبحث عن أي انتهاكات محتملة للتناظرات الأساسية في الطبيعة.

مصطلح تقني: المادة المضادة (Antimatter) هي مادة مكونة من جسيمات مضادة للجسيمات الأولية العادية. على سبيل المثال، الإلكترون المضاد (البوزيترون) له نفس كتلة الإلكترون ولكن شحنته موجبة. عند التقاء المادة بالمادة المضادة، يفني كل منهما الآخر مُطلقًا كمية هائلة من الطاقة.

ويُعتقد أن وجود مصادر إضافية لانتهاك التناظر الأساسي ضروري لتفسير الغياب شبه الكامل للمادة المضادة في كوننا. ويمكن رؤية مثل هذه الانتهاكات داخل نوى ذرات معينة مثل الراديوم.

على عكس معظم نوى الذرات كروية الشكل، تمتلك نواة ذرة الراديوم ترتيبًا غير متماثل، يشبه شكل حبة الكمثرى. ويتوقع العلماء أن هذا الشكل يمكن أن يعزز بشكل كبير قدرتهم على استشعار انتهاك التناظرات الأساسية، لدرجة قد تجعلها قابلة للرصد.