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

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

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 ۱۳.۸ 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 ۱۸۹۶ مطرح شد، سپس پل دیراک در سال ۱۹۲۸ مبنای نظری به آن بخشید و نهایتاً در سال ۱۹۳۲ برای اولین بار در قالب پوزیترون (پاد-الکترون) توسط کارل اندرسون کشف شد. پوزیترون در فرایندهای رادیواکتیو طبیعی مانند واپاشی پتاسیم-۴۰ تولید می شود. می توان گفت موز (که حاوی پتاسیم است) در هر ۷۵ 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 ۱۹۶۴ مشاهده شد و کشف عدم تقارن در ذرات پایین در سال ۲۰۰۱ 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 ۵۰ 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.

نظرات ۸

وارد شوید

برای گفتگو با کاربران، وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود

Digiato

رمزتان را گم کرده‌اید؟ ورود با گوگل

Digiato

ورود با گوگل