ضد ماده، مهم‌ترین مساله فیزیک نوین
سال‌هاست است که دانشمندان به دنبال کشف معمای هستی هستند. اخیرا فیزیکدانان آزمایشگاه ملی شتابدهنده فرمی در ایالات متحده توانسته‌اند مدارکی جدید کشف کنند که شاید بتواند در حل یکی از بزرگ‌ترین معما‌های گیتی کمک کند، این‌که چرا جهان به جای پادماده از ماده تشکیل شده است؟
کد خبر :
۸۹۸۵۱
بازدید :
۱۱۵۴۰
فرادید | سال‌هاست است که دانشمندان به دنبال کشف معمای هستی هستند. اخیرا فیزیکدانان آزمایشگاه ملی شتابدهنده فرمی در ایالات متحده توانسته‌اند مدارکی جدید کشف کنند که شاید بتواند در حل یکی از بزرگ‌ترین معما‌های گیتی کمک کند، این‌که چرا جهان به جای پادماده از ماده تشکیل شده است؟ اگر این مدرک تایید شود، می‌تواند توضیحی منطقی برای این سئوال دیرینه ارایه کند.
"پل دیراک" فیزیکدان انگلیسی، در سال ۱۹۲۸ توانست معادله شگفت‌انگیزی برای توصیف رفتار الکترون‌هایی که با سرعت نسبی حرکت می‌کنند، ارائه نماید. دیراک به پاس ارائه این معادله موفق به کسب جایزه نوبل در سال ۱۹۳۳ شد.
این معادله مسئله بزرگی را مطرح می‌سازد: همان‌طور که معادله x^۲= ۴ می‌تواند دو راه حل احتمالی داشته باشد (x=۲ or x=-۲)، معادله دیراک نیز می‌تواند از دو راه حل 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 می‌باشد. برای مثال، الکترون در آنجا باید پادالکترونی به شیوه یکسان باشد، اما با بار الکتریکی مثبت. این بینیش توانست برای نخستین‌بار، 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 پادماده‌ای زندگی کنند؟
به گزارش فرادید؛ در یک دنیای کاملا متقارن ریاضی، ما اصلا نباید وجود داشته باشیم. طبق قوانین نسبیت انیشتن و مکانیک کوانتومی، وقتی انفجار بزرگ در حدود ۱۴ میلیارد سال پیش رخ داد، مقادیر مساوی از ماده و پادماده تولید شده که بلافاصله می‌بایست همدیگر را خنثی می‌کرده‌اند؛ اما امروز ما وجود داریم و می‌دانیم که ستارگان و کهکشان‌های بسیار زیاد دیگری هم وجود دارند که همگی از ماده تشکیل شده‌اند. به همین دلیل فیزیک‌دان‌ها و خیلی‌های دیگر به‌شدت دوست دارند بدانند که چرا ما وجود داریم و چه بلایی سر آن‌همه پادماده آمده است؟
"پل دیراک" فیزیکدان انگلیسی، در سال ۱۹۲۸ توانست معادله شگفت‌انگیزی برای توصیف رفتار الکترون‌هایی که با سرعت نسبی حرکت می‌کنند، ارائه نماید. دیراک به پاس ارائه این معادله موفق به کسب جایزه نوبل در سال ۱۹۳۳ شد.
این معادله مسئله بزرگی را مطرح می‌سازد: همان‌طور که معادله x^۲= ۴ می‌تواند دو راه حل احتمالی داشته باشد (x=۲ or x=-۲)، معادله دیراک نیز می‌تواند از دو راه حل 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 می‌باشد. برای مثال، الکترون در آنجا باید پادالکترونی به شیوه یکسان باشد، اما با بار الکتریکی مثبت. این بینیش توانست برای نخستین‌بار، 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 پادماده‌ای زندگی کنند؟
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 می‌کنند، منفجر شده و در قالب نوری از انرژی از دیده‌ها پنهان می‌شوند.
چون در صورت لمس یکدیگر انفجاری برابر چند میلیون تن TNT حاصل می‌شود. این تراژدی‌ای بس عظیم است. اگر واقعا کهکشان‌هایی از جنس پادماده وجود داشته باشد، آیا ما واقعا توانایی شناسایی و ایجاد ارتباط با موجودات پادماده‌ای آن هستیم؟
تصور بر است که بیگ بنگ مقادیر یکسانی ماده و پادماده ایجاد کرده است. پس چرا جهان ماده بیشتری از پادماده دارد؟ دانشمندان در مرکز سرن سوئیس در تلاش هستند تا دلیل چیرگی ماده بر پادماده را بفهمند؛ آن‌ها در این راستا از ابزار‌هایی استفاده می‌کنند که قادر است روانه صد‌ها پادپروتون ایجاد کند. دانشمندان آن‌ها را در مرکز سرن به دام می‌اندازند تا ویژگی‌هایشان را بررسی کنند و از این راز، رمزگشایی کنند.
تصور بر است که بیگ بنگ مقادیر یکسانی ماده و پادماده ایجاد کرده است. پس چرا جهان ماده بیشتری از پادماده دارد؟ دانشمندان در مرکز سرن سوئیس در تلاش هستند تا دلیل چیرگی ماده بر پادماده را بفهمند؛ آن‌ها در این راستا از ابزار‌هایی استفاده می‌کنند که قادر است روانه صد‌ها پادپروتون ایجاد کند. دانشمندان آن‌ها را در مرکز سرن به دام می‌اندازند تا ویژگی‌هایشان را بررسی کنند و از این راز، رمزگشایی کنند.
پادماده
پادماده (Antimatter) مانند ماده از ذراتی به نام پادذره تشکیل شده‌است، که با ذرات معمولی فرق دارند. در ضد ماده بار هسته منفی و بار ذرات مداری مثبت است که معکوس ماده‌است.
به عنوان مثال ذره‌ای به نام پوزیترون وجود دارد که تمام ویژگی‌هایش 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 ۲۰۰۰ بار سنگین‌تر از الکترون است.
به علاوه پروتون دارای زیر ساختار‌هایی به نام کوارک است. از طرف دیگر، پوزیترون هم جرم الکترون است و تا آنجا که می‌دانیم پوزیترون و الکترون هیچ‌کدام دارای زیر ساختار نیستند) فیزیکدانان ذرات، پوزیترون را پادمادهٔ الکترون می‌دانند.
در برخورد انرژی بالا، بخشی از انرژی جنبشی به ماده تبدیل می‌شود و می‌توان با انتخاب مناسب ذرات برخورد کننده، پادذره‌ها را تولید کرد.
در آغاز 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 شکل‌گیری آن نقش داشتند و به توصیف شرایط دنیای ریزمقیاس و زیراتمی می‌پرداخت.
در برخورد انرژی بالا، بخشی از انرژی جنبشی به ماده تبدیل می‌شود و می‌توان با انتخاب مناسب ذرات برخورد کننده، پادذره‌ها را تولید کرد.
در آغاز 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 شکل‌گیری آن نقش داشتند و به توصیف شرایط دنیای ریزمقیاس و زیراتمی می‌پرداخت.
فیزیکدان انگلیسی، «پال دیراک» (Paul Dirac) موفق شد این دو نظریه را با هم ترکیب کند و معادله‌ای برای توصیف وضعیت اجسام ریز مقیاس در سرعت‌های بالا به دست آورد. این معادله می‌توانست رفتار الکترون‌هایی را که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کردند، به خوبی توصیف کند.
اما جالب اینجا بود که این معادله برای ذره‌ای 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 پیش‌بینی می‌کند.
دیراک نتیجه گرفت که هر ذره‌ای دارای پاد ذره‌ای کاملا مشابه، ولی با بار الکتریکی مخالف است. سرانجام در سال ۱۹۳۲، «کارل اندرسون» (Carl David Anderson) توانست با بررسی رد ذرات بر جای مانده از پرتو‌های کیهانی در اتاق ابر، وجود ذره‌ای هم‌جرم الکترون، اما با بار الکتریکی مثبت را اثبات کند. این ذره که با پیش‌بینی دیراک مطابقت داشت، پوزیترون (پادالکترون) نام گرفت و باعث شد پاد ذرات و پاد ماده از دنیای نظری به دنیای واقعی قدم بگذارند.
اما جالب اینجا بود که این معادله برای ذره‌ای 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 پیش‌بینی می‌کند.
دیراک نتیجه گرفت که هر ذره‌ای دارای پاد ذره‌ای کاملا مشابه، ولی با بار الکتریکی مخالف است. سرانجام در سال ۱۹۳۲، «کارل اندرسون» (Carl David Anderson) توانست با بررسی رد ذرات بر جای مانده از پرتو‌های کیهانی در اتاق ابر، وجود ذره‌ای هم‌جرم الکترون، اما با بار الکتریکی مثبت را اثبات کند. این ذره که با پیش‌بینی دیراک مطابقت داشت، پوزیترون (پادالکترون) نام گرفت و باعث شد پاد ذرات و پاد ماده از دنیای نظری به دنیای واقعی قدم بگذارند.
۰
