ضد ماده، مهم ترین مساله فیزیک نوین

به گزارش کاشیا، سال هاست است که دانشمندان به دنبال کشف معمای هستی هستند. اخیرا فیزیک دانان آزمایشگاه ملی شتابدهنده فرمی در ایالات متحده توانسته اند مدارکی جدید کشف نمایند که شاید بتواند در حل یکی از عظیم ترین معما های گیتی یاری کند، این که چرا دنیا به جای پادماده از ماده تشکیل شده است؟

ضد ماده، مهم ترین مساله فیزیک نوین

خبرنگاران| سال هاست است که دانشمندان به دنبال کشف معمای هستی هستند. اخیرا فیزیک دانان آزمایشگاه ملی شتابدهنده فرمی در ایالات متحده توانسته اند مدارکی جدید کشف نمایند که شاید بتواند در حل یکی از بزرگ ترین معما های گیتی یاری کند، این که چرا دنیا به جای پادماده از ماده تشکیل شده است؟ اگر این مدرک تایید گردد، می تواند توضیحی منطقی برای این سئوال دیرینه ارایه کند.

به گزارش خبرنگاران؛ در یک دنیای کاملا متقارن ریاضی، ما اصلا نباید وجود داشته باشیم. طبق قوانین نسبیت انیشتن و مکانیک کوانتومی، وقتی انفجار بزرگ در حدود 14 میلیارد سال پیش رخ داد، مقادیر مساوی از ماده و پادماده فراوری شده که بلافاصله می بایست همدیگر را خنثی می نموده اند؛ اما امروز ما وجود داریم و می دانیم که ستارگان و کهکشان های بسیار زیاد دیگری هم وجود دارند که همگی از ماده تشکیل شده اند. به همین دلیل فیزیک دان ها و خیلی های دیگر به شدت دوست دارند بدانند که چرا ما وجود داریم و چه بلایی سر آن همه پادماده آمده است؟

پل دیراک فیزیکدان انگلیسی، در سال 1928 توانست معادله شگفت انگیزی برای توصیف رفتار الکترون هایی که با سرعت نسبی حرکت می نمایند، ارائه نماید. دیراک به پاس ارائه این معادله پیروز به کسب جایزه نوبل در سال 1933 شد.

این معادله مسئله بزرگی را مطرح می سازد: همان طور که معادله x^2= 4 می تواند دو راهکار احتمالی داشته باشد (x=2 or x=-2)، معادله دیراک نیز می تواند از دو راهکار برخوردار باشد؛ یکی برای الکترونی با انرژی مثبت و دیگری برای الکترونی با انرژی منفی.

دیراک معادله خود را با این هدف تفسیر کرد که بگوید هر ذره یک پادذره نیز دارد و مطابقت کامل با آن ذره دارد، اما دارای بار مخالف می باشد. برای مثال، الکترون در آنجا باید پادالکترونی به شیوه یکسان باشد، اما با بار الکتریکی مثبت. این بینیش توانست برای نخستین بار، این احتمال را مطرح کند که کهکشانی از پادماده نیز احتمال ساختش وجود دارد. اما آیا امکان دارد که مقادیر پادماده باقی مانده باشد و جایی نرفته باشد؟ و مانند اجزای اصلی کیهان ما شامل کهکشان، ستاره و منظومه باشد و حتی موجودات هوشمندی درون سیارات پادماده ای زندگی نمایند؟

موجودات هوشمند دوست داشتنی و صلح طلبی که نباید همدیگر را به آغوش بکشیم و یا حتی همدیگر را لمس کنیم! اما وقتی ماده و پادماده با یکدیگر تماس برقرار می نمایند، منفجر شده و در قالب نوری از انرژی از دیده ها پنهان می شوند.

چون در صورت لمس یکدیگر انفجاری برابر چند میلیون تن TNT حاصل می گردد. این تراژدی ای بس بزرگ است. اگر واقعا کهکشان هایی از جنس پادماده وجود داشته باشد، آیا ما واقعا توانایی شناسایی و ایجاد ارتباط با موجودات پادماده ای آن هستیم؟

تصور بر است که بیگ بنگ مقادیر یکسانی ماده و پادماده ایجاد نموده است. پس چرا دنیا ماده بیشتری از پادماده دارد؟ دانشمندان در مرکز سرن سوئیس در کوشش هستند تا دلیل چیرگی ماده بر پادماده را بفهمند؛ آن ها در این راستا از ابزار هایی استفاده می نمایند که قادر است روانه صد ها پادپروتون ایجاد کند. دانشمندان آن ها را در مرکز سرن به دام می اندازند تا ویژگی هایشان را آنالیز نمایند و از این راز، رمزگشایی نمایند.

پادماده

پادماده (Antimatter) مانند ماده از ذراتی به نام پادذره تشکیل شده است، که با ذرات معمولی فرق دارند. در ضد ماده بار هسته منفی و بار ذرات مداری مثبت است که معکوس ماده است.

به عنوان مثال ذره ای به نام پوزیترون وجود دارد که تمام ویژگی هایش به جز بار الکتریکی مشابه الکترون است. پوزیترون حامل بار مثبت است در حالی که بار الکترون منفی است. (البته نباید پوزیترون را با ذره باردار مثبت دیگر، یعنی پروتون، اشتباه گرفت. پروتون تقریباً 2000 بار سنگین تر از الکترون است.

به علاوه پروتون دارای زیر ساختار هایی به نام کوارک است. از طرف دیگر، پوزیترون هم جرم الکترون است و تا آنجا که می دانیم پوزیترون و الکترون هیچ کدام دارای زیر ساختار نیستند) فیزیکدانان ذرات، پوزیترون را پادمادهٔ الکترون می دانند.

در برخورد انرژی بالا، بخشی از انرژی جنبشی به ماده تبدیل می گردد و می توان با انتخاب مناسب ذرات برخورد نماینده، پادذره ها را فراوری کرد.

در شروع قرن بیستم، دنیای فیزیک تحت تاثیر دو نظریه انقلابی قرار گرفته بود: نظریه نسبیت خاص که آلبرت اینشتین با قرار دادن سرعت نور در خلأ به عنوان حد بالای سرعت ماده، قوانین جدیدی را برای توصیف حرکت اجسام به دست آورده بود؛ و نظریه مکانیک کوانتومی که افراد زیادی (مانند پلانک، شرودینگر، هایزنبرگ، بوهر و حتی خود اینشتین) در شکل گیری آن نقش داشتند و به توصیف شرایط دنیای ریزمقیاس و زیراتمی می پرداخت.

فیزیکدان انگلیسی، پال دیراک (Paul Dirac) پیروز شد این دو نظریه را با هم ترکیب کند و معادله ای برای توصیف شرایط اجسام ریز مقیاس در سرعت های بالا به دست آورد. این معادله می توانست رفتار الکترون هایی را که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می کردند، به خوبی توصیف کند.

اما جالب اینجا بود که این معادله برای ذره ای کاملا شبیه به الکترون، اما با بار الکتریکی مثبت نیز سازگار بود. دیراک ابتدا تصور کرد این پاسخ ارزشی ندارد، اما پس از مدتی متوجه شد این پاسخ هم درست است و معادله او، وجود دسته کاملا جدیدی از ذرات را پیش بینی می نماید.

دیراک نتیجه گرفت که هر ذره ای دارای پاد ذره ای کاملا مشابه، ولی با بار الکتریکی مخالف است. انتها در سال 1932، کارل اندرسون (Carl David Anderson) توانست با آنالیز رد ذرات بر جای مانده از پرتو های کیهانی در اتاق ابر، وجود ذره ای هم جرم الکترون، اما با بار الکتریکی مثبت را اثبات کند. این ذره که با پیش بینی دیراک مطابقت داشت، پوزیترون (پادالکترون) نام گرفت و باعث شد پاد ذرات و پاد ماده از دنیای نظری به دنیای واقعی قدم بگذارند.

منبع: فرادید
انتشار: 10 اسفند 1399 بروزرسانی: 10 اسفند 1399 گردآورنده: kashia.ir شناسه مطلب: 1463

به "ضد ماده، مهم ترین مساله فیزیک نوین" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "ضد ماده، مهم ترین مساله فیزیک نوین"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید