الكواركات والإلكترونات هي البذور الأساسية للذرات وللمادة كما نعرفها. لكن ليست هذه القصة كلها؛ إذ توجد أيضًا صورة معكوسة من الجسيمات تُعرف بالجسيمات المضادة، التي هي أصل المادة المضادة. لكل نوع من الجسيمات جسيم «مضاد» خاص به: جسيم له نفس الكتلة واللف المغزلي والحجم ومقدار الشحنة الكهربية التي يحملها الجسيم الأصلي، لكن الشحنة الكهربية تكون معكوسة. وهكذا، على سبيل المثال، نجد أن للإلكترون السالب الشحنة إلكتروناً مضادا موجبَ الشحنة، يُعرف باسم «البوزيترون»، والذي يجب عدم الخلط بينه وبين البروتون؛ فالبروتون أثقل بنحو ألفي مرة من البوزيترون، وله جسيم مضاد خاص به - البروتون المضاد - الذي يحمل شحنة سالبة والقوى التي تمكّن الإلكترون والبروتون من الاتحاد لتكوين ذرة الهيدروجين هي التي تمكن أيضًا البوزيترون والبروتون المضاد من تكوين ذرة الهيدروجين المضادة.

بما أن البروتون يتكون من كواركين علويين وكوارك سفلي، uud، يتكون البروتون المضاد من كواركين علويين مضادين وكوارك سفلي مضاد

 ومن المعتاد الإشارة إلى الجسيم المضاد بنفس رمز الجسيم الأصلي، لكن مع وضع شرطة فوقه. هذا هو الحال ما لم تكن شحنة الجسيم المضاد محدَّدة، وفي هذه الحالة يأخذ الجسيم المضاد علامة الشحنة الكهربية المعاكسة (كما في حالة البوزيترون، الذي يشار له بالرمز ⁺e لأسباب تاريخية). وعلى نحو مشابه بالنسبة إلى النيوترون الذي يتكوّن من كواركين سفليين وكوارك علوي، ddu، يتكوّن النيوترون المضاد من كواركين سفليين مضادين وكوارك علوي مضاد

 وهكذا رغم أن النيوترون والنيوترون المضاد لهما الشحنة عينها، فإن بنيتهما الداخلية هي التي تميز بينهما أيضًا النيوترينو والنيوترينو المضاد لهما الشحنة عينها، لكن الخاصية الفارقة بينهما أكثر تعقيدًا؛ فحين تتفاعل النيوترينوات مع أحد جسيمات المادة - نيوترون مثلا - فإنها تتحول إلى إلكترونات ويتحول النيوترون إلى بروتون، وهكذا يتم الحفاظ على الشحنة الكهربية الإجمالية:

v +n → e^̅ + p

وهكذا نرى أن ثمة صلة بين النيوترينو، والإلكترون، كما توجد صلة مشابهة بين النيوترينو المضاد والبوزيترون. يمنع الحفاظ على الشحنة الكهربية النيوترينو المضاد من التفاعل مع النيوترون على نحو مشابه لما سبق، لكن إذا التقى النيوترينو المضاد ببروتون، يمكنه الكشف عن نفسه كما يلي:

رأينا كيف تتحد ثلاثة كواركات من أجل تكوين جسيم كالبروتون أو النيوترون (بصفة عامة تُعرَف الجسيمات التي تتألف من ثلاثة كواركات باسم «الباريونات»). وهكذا تُعرف الجسيمات التي تتألف من تجمع ثلاثة كواركات مضادة إجمالا باسم الباريونات المضادة. ومن الممكن أن تتجمع الكواركات والكواركات المضادة. لذا، إذا استخدمنا الرمز q للإشارة إلى الكوارك العلوي u أو السفلي d، واستخدمنا الرمز ̄q للإشارة إلى الكواركات المضادة، فمن الممكن أن يصير لدينا أربع تجميعات ثنائية من الكواركات والكواركات المضادة q̄q. ومثلما يُعرَف تجمُّع ثلاثة كواركات باسم الباريون، فإن هذا المزيج الثنائي من الكواركات والكواركات المضادة يُعرف باسم «الميزون». وكما الحال مع البروتون والنيوترون هناك حالات تجاوب عالية الطاقة لهذه الميزونات أيضًا.

أحد أشهر خواص المادة المضادة هو أنها حين تقابل المادة العادية، يفنى الاثنان في ومضة من الإشعاع، على غرار فوتون الضوء؛ لذا ليس من قبيل المفاجأة أن الميزونات لا تبقى طويلًا. فالكوارك والكوارك المضاد - المنحصران داخل الفمتو گون البالغ حجمه ^15-10 أمتار - يفني كل منهما الآخر خلال جزء على المليار من الثانية أو أقل من ذلك، لكن مع ذلك تلعب الميزونات السريعة الزوال دورًا في بناء الكون، وأكثر الميزونات شيوعا هي التركيبات الأخف المعروفة باسم «البايونات»، على غرار كل من الميزون باي ⁺π (المكون من كوارك علوي وكوارك سفلي مضاد (ud̄ و π̄ (المكون من كوارك سفلي وكوارك علوي مضاد (dūوالتي تنَبَّأ بها المنظر الياباني يوكاوا عام 1935 كجسيمات سريعة الزوال موجودة داخل الذرة، وتوفّر القوة الشديدة الجاذبة التي تبقي على نواة الذرة متماسكة، وقد أكَّد الاكتشاف اللاحق لهذه الجسيمات عام 1947 على صحة النظرية. واليوم، بتنا نعلم بشأن بنيتها الداخلية، ولدينا أيضًا فهم عميق للقوى المؤثرة على الكواركات، والكواركات المضادة، والتي منها تتألف الميزونات والباريونات وفي النهاية نواة الذرة.

هناك تجميعتان متعادلتا الشحنة يمكننا تكوينهما: كوارك علوي وكوارك علوي مضاد، uū، وكوارك سفلي وكوارك سفلي مضاد dd̄. وهاتان التجميعتان تؤلفان البايون المتعادل الشحنة الكهربية π⁰، وتعتبران بذرة ميزون آخر، هو الميزون إيتا المتعادل الشحنة الكهربية ŋ.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays