أنتج باحثون من المعهد الفدرالي للتكنولوجيا في زيورخ ومعهد باول شرر في فيلنجن بسويسرا شعاعًا قويًا من ذرات باردة ينوون استخدامه لاختبار نظرية الجاذبية لأينشتاين.
يتألف هذا الشعاع البارد من مِيونيوم؛ جسيم مضاد من الجيل الثاني. يريد الباحثون دراسة تفاعله مع الجاذبية لمعرفة ما إذا كانت هناك قوة أخرى في الطبيعة لم نكتشفها بعد أم لا.
يُذكر أن المادة التي نراها حولنا تتكون من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات، والذين يسميهم العلماء بجيل الجسيمات الأول. الجيلان الآخران من الجسيمات أَثقل من جسيمات الجيل الأول، لكنهما غير مستقرين وينتحلان بسرعة إلى جسيمات الجيل الأول.
الميون هو ابن عم الإلكترون الأَثقل من الجيل الثاني من الجسيمات. تمكن باحثو معهد باول شرر باستخدام مُسرِّع جسيمات من إنتاج الميونات وجسيماتها المضادة بنجاح. عندما يتحد مضاد الميون مع إلكترون، يتشكّل ذرة محايدة تُسمى مِيونيوم.
هؤلاء العلماء، مع باحثي المعهد الفدرالي للتكنولوجيا في زيورخ، يريدون قياس كيفية سقوط ذرة الميونيوم تحت تأثير الجاذبية. منذ غاليليو إلى نيوتن ثم أينشتاين، أكّد الفيزيائيون عالمية السقوط الحر.
يُعبّر مبدأ التكافؤ عن أن جميع الأجسام داخل حقل جاذبية تسقط بتسارع متساوٍ، بغض النظر عن كتلتها أو بنيتها الداخلية.
ووفقًا لتقارير إيتنا ونقلاً عن Interesting Engineering، استخدم أينشتاين هذا المبدأ كعمود أساسي في نظريته النسبية الشهيرة، لكن هذا المبدأ اختبر فقط على جسيمات المادة والمادة المضادة من الجيل الأول. ستكون قياساته على ذرة الميونيوم أول اختبار لهذا المبدأ على جسيم من الجيل الثاني.
الميونيوم مناسب جدًا لهذه التجربة لأنه محايد كهربائيًا. بالمقارنة، الجسيم المشحون قد يتأثر بالحقول المغناطيسية المتبقية ويُخفي تأثير القوة الضعيفة للجاذبية.
وبحسب الباحثين، كان أحد العقبات الرئيسية لتنفيذ مثل هذه التجربة هو الانحلال السريع للميونيوم. هذه الجسيمات، بالإضافة إلى انحلالها السريع في غضون ٢٫٢ ميكروثانية فقط، كانت تتحرك بسرعات مختلفة في محاولات سابقة، مما صعّب إجراء التجارب.
استخدم باحثو معهد باول شرر سائلًا كموميًا لإنتاج تدفق ثابت من ذرات الميونيوم.
يقول جيسي زانغ، باحث في معهد باول شرر: «استخدمنا الهيليوم فوق السائل الذي برّد حتى قرب الصفر المطلق عند ناقص ٢٧٣ درجة مئوية. الهيليوم فوق السائل سائل كمومي تفقد فيه ذرات الهيليوم هويتها ولا تقبل الشوائب في داخلها».
يُقال إن مضادات الميون المنتَجة في مُسرّع جسيمات معهد باول شرر تُطلق بعد ذلك داخل هذا السائل الكمومي حيث تصطدم بالإلكترونات الحرة وتتكوّن ذرات الميونيوم هناك.
توَلد طاقة كيميائية موجبة في هذه التفاعل، تدفع ذرة الميونيوم نحو السطح، وتتحول هذه الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركية فتنفجر عموديًا من السائل.
ينوي الباحثون الآن بناء مقاوِس تداخلي يستخدم خصائص الموجة لذرة الميونيوم لخلق نمط تداخل حتى يتمكن من كشف تأثير الجاذبية على الميونيوم.
قد يستغرق بناء هذا الجهاز ما بين عامين إلى ثلاثة أعوام، لكن عندما يصبح جاهزًا سيجيب على سؤال مهم ظل بلا جواب لفترة طويلة: هل تعمل الجاذبية بشكل مختلف على المادة الغريبة؟ إذا كانت الجاذبية تعمل فعلاً بشكل مختلف، فسيشير ذلك إلى وجود «قوة خامسة» في الطبيعة.
وفي الختام، يجدر القول إن الفريق البحثي يركز حاليًا على تحديد ما إذا كان مبدأ التكافؤ ينطبق أيضًا على الجيل الثاني من الجسيمات أم لا.