مرکز سرن به شواهد جدیدی در مورد ماده و پادماده دست یافت

یکی از بنیادی ترین سؤالات بشر از قدیم، نحوه به وجود آمدن دنیا بوده است؛ سؤالی که شاید ریشه های هستی شناسی داشته باشد اما بی ارتباط به فیزیک ذرات هم نیست. آزمایشات اخیر مرکز سرن (CERN) با استفاده از برخورد دهنده هادرونی بزرگ (LHC) شاید بتوانند به این سؤال پاسخ دهند.

ابتدا بیایید به 13.8 میلیارد سال قبل برگردیم، یعنی زمانی که انفجار بزرگ رخ داد و مقادیر مساوی از ماده و پادماده (ضد ماده) به وجود آمد. باور عمومی بر این است که هر ذره ماده، ذره معادل پادماده خودش را دارد. زمانی که ذره و پاد ذره همدیگر را ملاقات کنند، از بین رفته و به نور تبدیل می شوند. جهانی که در آن زندگی می کنیم تماماً از ماده تشکیل شده و اگر به همین مقدار پادماده وجود داشته، احتمالاً از بین رفته است. تحقیقات جدید مرکز سرن منبع جدیدی از عدم تقارن و ناهمخوانی بین ماده و پادماده را شناسایی کرده اند.

مفهوم پادماده برای اولین بار توسط آرتور شوستر، فیزیکدان سرشناس بریتانیایی در سال 1896 مطرح شد، سپس پل دیراک در سال 1928 مبنای نظری به آن بخشید و نهایتاً در سال 1932 برای اولین بار در قالب پوزیترون (پاد-الکترون) توسط کارل اندرسون کشف شد. پوزیترون در فرایندهای رادیواکتیو طبیعی مانند واپاشی پتاسیم-40 تولید می شود. می توان گفت موز (که حاوی پتاسیم است) در هر 75 دقیقه یک پوزیترون تولید می کند. این پوزیترون ها در برخورد با الکترون از بین رفته و به نور تبدیل می شوند. تجهیزات پزشکی مانند اسکنرهای PET هم فرایندهای مشابهی دارند.

اتم های ماده از ذرات بنیادی موسوم به کوارک ها و لپتون ها تشکیل شده اند. شش نوع کوارک و شش نوع لپتون داریم و در مقابل آنها، دوازده ذره بنیادی پادماده با بار مخالف نیز حضور دارند. در اصل، ذرات ماده و پادماده به جز بار مخالف باید دقیقاً یکسان باشند، ولی آزمایشات اخیر خلاف این موضوع را نشان می دهد. مثلاً ذره ی مزون (meson) را در نظر بگیرید که از یک کوارک و یک پاد-کوارک تشکیل شده است. مزون های خنثی ویژگی جالبی دارند: می توانند در لحظه به پاد-مزون تبدیل شده و دوباره به مزون بازگردند. در این فرایند کوارک به پاد-کوارک یا پاد-کوارک به کوارک تبدیل می شود، اما ظاهراً یکی از مسیرها بیشتر از دیگری رخ می دهد، یعنی ماده بیشتر از پادماده تولید می شود.

افسون کوارک

بین ذرات حاوی کوارک، تنها ذراتی که کوارک شگفت (strange) و کوارک پایین (bottom) دارند دچار این عدم تقارن هستند. اولین نشانه های عدم تقارن در ذرات شگفت در سال 1964 مشاهده شد و کشف عدم تقارن در ذرات پایین در سال 2001 هم پازل این مکانیسم را تکمیل کرد. هر دو کشف فوق به دریافت جایزه نوبل انجامیدند.

کوارک های شگفت و پایین، بار الکتریکی منفی دارند. در حالت تئوری، تنها کوارک با بار مثبت که بتواند ذراتی با عدم تقارن ماده-پادماده را تشکیل دهد، کوارک افسون است. نظریات قبلی نشان می دادند که کوارک افسون تأثیر بسیار کمی در عدم تقارن ماده-پادماده دارد و شناسایی آن بسیار دشوار است.

کوارک

آزمایشات اخیر با استفاده از برخورد دهنده هادرونی بزرگ توانسته برای اولین بار چنین عدم تقارنی را در ذره ای به نام مزون دی (D-meson) شناسایی کند که از کوارک های افسون تشکیل شده است. این کشف از طریق تولید مقادیر زیادی ذرات افسون در برخوردهای LHC میسر شده؛ وضعیتی که به لحاظ آماری با احتمال حدود 50 در هر میلیارد رخ می دهد.

اگر مکانیسم این عدم تقارن با مکانیسم مربوط به کوارک های شگفت و پایین تفاوت داشته باشد، می تواند به عنوان منبع جدیدی از عدم تقارن ماده-پادماده در جهان تلقی شود. در واقع مکانیسم های کنونی نمی توانند اختلاف فاحش بین مقدار ماده و پادماده در جهان را توجیه کنند و شاید کشف این وضعیت در ذرات افسون بتواند معما را حل کند. این کشف همچنین نقش مهمی در درک کامل برهم کنش های بین ذرات بنیادی ایفا خواهد کرد.

گام بعدی

پس از کشف مکانیسم عدم تقارن در ذرات افسون، نیاز به تحقیقات تئوری زیادی داریم تا بتوانیم نتایج را با دقت بیشتری تفسیر کنیم. مهم تر از این، باید آزمایشات بیشتری برای درک بهتر وضعیت انجام گیرد. ارتقاء برخورد دهنده هادرونی بزرگ طی دهه آینده می تواند نتایج دقیق تری را حاصل کند. ژاپنی هم آزمایشات خود را با پروژه Belle II آغاز کرده اند.

البته تحقیقات روی پادماده پایانی ندارد. مرکز سرن توانسته یک پاد-اتم کامل را تولید کند و سنجش های دقیق را روی آن انجام دهد. پروژه ASM-2 در ایستگاه فضایی بین المللی هم به دنبال پادماده هایی با منشأ کیهانی است. با انجام این تحقیقات، شاید بالاخره بتوان به این سؤال پاسخ داد که چرا مقدار ماده در جهان به مراتب بیشتر از پادماده است.

مطالب مرتبط

فیزیکدانان CERN نوع جدید و ناهنجاری از ذرات دارای چهار کوارک را کشف کردند

فیزیکدانان حین آزمایش در آشکارساز LHCb فرم جدیدی از ذره گریزان با چهار کوارک با نام «تترا کوارک» را شناسایی کردند که تا به امروز با چنین ذره‌ای روبه‌رو نشده بودند.این ذره جدید از چهار کوارک با مزه یکسان تشکیل شده و احتمالا اولین دسته از ذرات کشف نشده قبلی است. مقاله مربوط به این... ادامه مطلب

CERN یک ابر برخورددهنده ۱۰۰ کیلومتری با بودجه ۲۰ میلیارد یورو می‌سازد

دانشمندان مرکز «سرن» (سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای) برای آینده پس از برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) برنامه‌ریزی کرده‌اند که به نظر می‌رسد در این برنامه‌ریزی از فلسفه هرچه بزرگتر، بهتر الهام گرفته‌اند.شورای سرن امروز پس از رای‌گیری رسمی اعلام کرد از طرحی برای ایجاد یک برخورددهنده جدید مدور ۱۰۰ کیلومتری حمایت می‌کند. این برخورددهنده در مقایسه با LHC... ادامه مطلب

جرم بوزون هیگز مشخص شد

شناسایی بوزون هیگز در سال 2012 در مرکز تحقیقاتی سرن (CERN) یکی از بزرگ ترین دستاوردهای علمی بشر طی دهه جاری میلادی به شمار می رود. از آن زمان، دانشمندان با دقت به ارزیابی ویژگی های این ذره بنیادی مشغولند و حالا با همکاری محققین، جرم دقیق این ذره به دست امده است.بوزون هیگز یکی... ادامه مطلب

پژوهشگران مرکز CERN به دنبال فوتون تاریک و کشف ماهیت ماده تاریک

پژوهشگران سرن (CERN) در جستجوی ذره ای به نام فوتون تاریک که خصوصیاتی مشابه با نور دارد، به دنبال برملا کردن اسرار ماده تاریک هستند.پژوهشگران مدت هاست به دنبال پیدا کردن منشأ ماده تاریک هستند ولی پیدا کردن این ماده مرموز در بیشتر اوقات بدون واکنش آن با ماده بسیار سخت است. پژوهشگران سازمان اروپایی... ادامه مطلب

احتمال مشارکت ایلان ماسک در توسعه برخورد دهنده هادرونی جدید

اروپا به دنبال توسعه یک برخورد دهنده هادرونی با تونلی به طول ۱۰۰ متر  است و ماسک آمادگی خود را برای حفر آن با قیمت به مراتب کمتر اعلام کرده است.ایلان ماسک، مدیرعامل شرکت های اسپیس اکس، تسلا و بورینگ کمپانی که حوزه فعالیت آنها از زیر زمین تا فضای خارج از جو را شامل... ادامه مطلب

برخورد دهنده دایره‌ای آینده؛ طرح سازمان سرن برای کشف ذرات زیر اتمی جدید

برخورد دهنده بزرگ هادرون یا LHC که توسط سازمان پژوهش های هسته ای اروپا (سرن) در مزر فرانسه و سوئیس احداث شده، یکی از بزرگ ترین آزمایشگاه های ساخت بشر است که با تونل دایره ای به طول 27 کیلومتر، ذرات اتمی را با هم برخورد داده و امکان مطالعه فیزیک زیر اتمی را برای... ادامه مطلب

نظرات ۸

وارد شوید

برای گفتگو با کاربران، وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود

رمزتان را گم کرده‌اید؟