הפיזיקאית האמריקאית אנדריאה גז קיבלה פרס נובל לפיזיקה לשנת 2020 יחד עם רוג'ר פנרוז וריינהארד גנצל. גז היא הפיזיקאית הרביעית בהיסטוריה שקיבלה את הפרס היוקרתי. גז עוסקת כבר 25 שנים בחקר החור השחור של גלקסיית שביל החלב, סגיטריוס A.
הפיזיקאית האמריקאית אנדריאה גז, העוסקת כבר 25 שנים בחקר החור השחור של גלקסיית שביל החלב, סגיטריוס A, קיבלה פרס נובל לפיזיקה ב-2020. היא הפיזיקאית הרביעית בהיסטוריה שקיבלה את הפרס היוקרתי
הרשמו עכשיו לניוזלטר היומי
גז הוכיחה את קיומו על ידי מדידת מסלולים של כוכבים הנעים סביבו ובעיקר כוכב בשם 2-SO שמשלים הקפה אליפטית של סגיטריוס A בכ-16 שנים. הכוכב מגיע למהירויות אדירות של כ-7,000 קמ"ש כשהוא חולף ביעף בקרבת החור השחור, כפי שנראה בתמונת המסך למטה. מיקום החור השחור מסומן בכוכב בתחתית האליפסה. משקלו כ-4.3 מיליון מסות שמש ורדיוס משטח האופק שלו מוערך כגודל מערכת השמש שלנו.
מדידת המסלול של הכוכב סביב החור השחור קשה. גז היתה צריכה להתגבר על ההפרעות של האטמוספירה למדידה ולעקוב במשך שנים אחר מיקום הכוכב, כדי לקבל את המסלול האליפטי שהיווה את ההוכחה הסופית לקיומו של החור השחור במרכז הגלקסיה. המדידות רועשות מאוד ודרשו יכולת חישוב ועיבוד רב. לדוגמה, נראה למטה תמונה אופיינית של 6 כוכבים שנעים בקרבת סגיטריוס A ונראים ככתמי אור סתמיים ומרוחים.
החור השחור של גלקסית שביל החלב נמצא במרחק של 26 אלף שנות אור מכדור הארץ, המדידות של גז נעשות על ידי צמד טלסקופי חלל ששטח הגלאי של כל אחד מהם הוא כמגרש טניס והם מודדים סיגנלים באורך גל בתחום האינפרא אדום.
החור השחור של גלקסית שביל החלב נמצא במרחק 26 אלף שנות אור מכדור הארץ. המדידות של גז נעשות על ידי צמד טלסקופי חלל ששטח הגלאי של כל אחד מהם הוא כמגרש טניס
ספינים מזווגים – מעקרון פאולי לון-אלסטיין וקרייטר
וקפיצה "קטנטנה" ממיליוני מסות שמש של סגיטריוס A לחלקיקים התת-אטומיים של המכניקה הקוונטית. שנתיים לאחר שפול דירק פירסם את משוואת הגלים שלו בשנת 1927 וחזה את קיום חלקיקי האנטי-חומר, הפוזיטרונים, אדינגטון וגאנט ולאחר מכן בראיט ניסו לטפל בבעייה של שני אלקטרונים מזווגים.
משואת דירק הספינורית מתארת אלקטרון יחיד, אבל הוספת אלקטרון שני למערכת כמו באטום ההליום או במולקולת המימן מציגה בעייה קשה ללא פתרון מדוייק עד היום. הספין האלקטרוני הוא תופעה קוונטית לא לגמרי מובנת ולכן גם לא ידוע מהו מנגנון הזיווג של שני אלקטרונים בעלי ספינים הפוכים, אבל כבר לפאולי ב-1925 היה ברור שמשהו בסיסי גורם לכך ששני אלקטרונים בעלי ספין הפוך מייצרים זיווג מושלם ושלא ניתן להוסיף לזוג האלקטרונים המזווג אלקטרון נוסף.
האלקטרון הנוסף יאלץ להידחף לרמה אנרגטית גבוהה יותר, ויחפש לעצמו בן זוג עם ספין הפוך לשלו, שייצור עימו את הזיווג המושלם, שהוא המהות של הקשר הכימי באטומים ומולקולות בטבע.
כ-60 שנים לאחר הניסיונות שלא צלחו של אדינגטון, גאנט ובראיט, פיטר ואן-אלסטיין והוראס קרייטר הציעו מערכת משוואות מתוקנת לזיווג של שני חלקיקים, לה הם קראו משוואות דירק של שני גופים. הפתרון של ון-אלסטיין וקרייטר מתאר את התנועה של כל אחד מהחלקיקים על ידי משוואת דירק, כשהוא נע בשדה הממוצע שיוצר בן זוגו ומקיים מספר אילוצים דינמיים. הפתרון מייצר בקירוב טוב את רמות האנרגיה של הפוזיטרוניום (זיווג של אלקטרון ופוזיטרון) וקווארקוניום (זיווג של קווארק ואנטי-קווארק).
האלקטרון הנוסף יאלץ להידחף לרמה אנרגטית גבוהה יותר, ויחפש לעצמו בן זוג עם ספין הפוך לשלו, שייצור עימו את הזיווג המושלם, שהוא המהות של הקשר הכימי באטומים ומולקולות בטבע
מולקולת הפוזיטרוניום והזיווג המשונה
קרייטר וואנג קיבלו פתרון חדש למשוואות דירק של שני הגופים עם קשר חזק ועמוק יותר באנרגיה, לו הם קראו הפוזיטרוניום במצב המשונה. כבר ב-1946 ווילר הציע ששני אטומי פוזיטרוניום יכולים ליצור מולקולה דמויית מולקולת מימן (עם החלפת הפרוטונים בפוזיטרונים) אבל קיום מולקולת הפוזיטרוניום הוכח בניסוי רק כ-60 שנים לאחר מכן על ידי קסידי ומילס. אם פתרון המצב המשונה של קרייטר וואנג מ-2014 תקף, מולקולות הפוזיטרוניום יכולות להיות יציבות הרבה יותר ואולי גם אפשר ללמוד מהפתרון עוד משהו על מנגנון הקשר של הספינים הקוונטיים המזווגים.
מדוע שהמרחב הריק, הוואקום הקוונטי, לא יהיה מלא בזוגות ומולקולות של פוזיטרוניום וקווארקוניום במצב המשונה? אולי זו הסיבה שהוואקום הקוונטי יכול לייצר פלוקטואציות אקראיות על פי עקרון אי-הודאות, שמאפשרות את התהליכים הקוונטיים הבסיסיים של הטבע, ככוח קזימיר לדוגמה? ומצד שני, אם הזוגות של החלקיקים והאנטי-חלקיקים המזווגים במצב המשונה קשורים חזק בוואקום הקוונטי, איזה כוח בטבע יכול לשבור את הזיווג ואת הסימטריה של החלקיקים והאנטי-חלקיקים הקשורים?
זיווג שבועות
ללא קשר לפיזיקה הקסומה של הזיווג של החומר והאנטי-חומר, בספר הזוהר זיווג שבועות מתואר כך:
"רבי שמעון בר יוחאי היה יושב ועוסק בתורה בלילה ההוא שבו הכלה, היא המלכות, מתחברת ומתקדשת לבעלה".
כך פותח הזוהר את המאמר: "לילה דכלא" (ליל הכלה) אותו נוהגים לקרוא בליל שבועות. מסופר כי בחג השבועות היו מראים לעולי הרגל את הכרובים המעורים זה בזה:
"בשעה שהיו ישראל עולין לרגל מגללין להם את הפרוכת ומראין להם את הכרובים שהיו מעורים זה בזה ואומרים להן ראו חיבתכם לפני המקום כחיבת זכר ונקבה".
ברור שלא נכון לתאר את הקשר החזק והקסום של החומר והאנטי-חומר בלשון זו של חיבת זכר-ונקבה, או אלוהים ושכינה, אבל אין ספק שהם מעורים זה בזה וכנראה שאין משיכה חזקה יותר בטבע מאשר המשיכה הקסומה בין האלקטרון לפוזיטרון ובין הקווארק לאנטי-קווארק.
לא נכון לתאר את הקשר החזק והקסום של החומר והאנטי-חומר בלשון חיבת זכר ונקבה, או אלוהים ושכינה, אבל הם מעורים זה בזה, וכנראה שאין משיכה חזקה יותר בטבע מהמשיכה הקסומה ביניהם
אז מה בכל זאת יכול לשבור את הזיווג המשונה בין חלקיקים ואנטי-חלקיקים?
שבירת הזיווג
מה הקשר בין אנדריאה גז וסגיטריוס A לזיווג המשונה שמתקבל מפתרון משוואות דירק של שני חלקיקים?
מה יכול לשבור את הזיווג והסימטריה בין חלקיקים ואנטי-חלקיקים, שלכאורה משמידים זה את זה כשהם נפגשים, על ידי פליטת זוג פוטונים (על בסיס התכונה הזו בנוי מכשיר סורק הפוזיטרונים הטומוגרפי ה-PET)?
גם תיאוריית המיתרים לא מנסה להסביר את התהליך הקסום ואולי המופרך של היעלמות החומר כשהוא נפגש עם האנטי-חומר, או יצירת חומר יש מאין באופן אקראי לשברירי שניות על פי עקרון אי-הוודאות.
סביר יותר להניח שמשהו נשאר לאחר שהפוטונים נפלטים, ואולי מה שנשאר זה הפוזיטרוניום או הקווארקוניום במצב הזיווג המשונה של קרייטר וואנג. על פי קרינת הוקינג, זוגות של חלקיקים ואנטי-חלקיקים מופרדים בקרבת משטח האופק של חורים שחורים.
האנטי-חלקיקים נופלים מתחת למשטח האופק והחלקיקים מצליחים להימלט. כך יכול להיסגר המעגל על משטח האופק של חור שחור כמו סגיטריוס A, שאנדריאה גז הוכיחה שקיים במרכז הגלקסיה.
ייתכן שלכל חלקיקי החומר שאנחנו רואים בגלקסיה, בכוכבים, בכוכבי הלכת ובכל החי עליהם, יש בני זוג אנטי-חלקיקים שהופרדו מהם ונעלמו מתחת לאופק של החורים השחורים.
ייתכן שלכל חלקיקי החומר שאנחנו רואים בגלקסיה, בכוכבים, בכוכבי הלכת ובכל החי עליהם, יש בני זוג אנטי-חלקיקים שהופרדו מהם ונעלמו מתחת לאופק של החורים השחורים
ואולי בגלקסיה שלנו הם שוכנים שם במרכז הגלקסיה מתחת למשטח האופק של סגיטריוס A.
ד"ר רמי רום הוא דוקטור לכימיה פיזיקלית, עורך פטנטים וחוקר עצמאי של מלחמת יום כיפור.
תגובות עכשיו הזמן לומר את דעתך
תגובתך פורסמה! שתפו את עמוד הפרופיל שלכם