فیزیکدانان برای اولین بار طیف نور پادماده را مشاهده کردند
بعد از دو دهه آزمایشات گوناگون، دانشمندان شاغل در آزمایش ALPHA در آزمایشگاه سرن بالاخره طیف نور ساطع شده توسط پادماده را مشاهده کردند، و بالاخره پژوهش طولانی مدت آنها در زمینه ذره به نتیجه رسید.
گویا آی تی – آلن کاستلکی، فیزیکدان نظری از دانشگاه ایندیانا، که خود در این تحقیق شرکت نداشت، به سایت NPR می گوید،” بعد از چندین دهه تلاش برای ایجاد پادماده و مقایسه خواص آن با ماده، این اتفاق یک نقطه تاریخی است. ”
به گفته جِفری هَنگست، سخنگوی پروژه ALPHA، ” استفاده از لیزر برای مشاهده حرکت در پادهیدروژن و مقایسه آن با هیدروژن برای فهمیدن این که آیا آنها از قوانین فیزیکی مشابه پیروی می کنند، همیشه هدف اصلی در پژوهش های پادماده بوده است.”
پادماده چیز عجیبی است. آن از پادذرات دارای جرم مشابه با ذرات عادی، اما دارای بارهای مخالف، اعداد لپتونی و اعداد باریونی تشکیل شده است (لپتون ها و باریون ها ذرات زیر اتمی هستند). همان طور که از نام آنها مشخص است آنها مشابه هم هستند اما دقیقاً مخالف ماده عادی قرار دارند. در واقع آنها همانند انعکاس در آینه هستند. ما می دانیم که پادماده وجود دارد، ما آن را در آزمایشگاه مشاهده کرده ایم، اما چرا کیهان از ماده پر شده است و حدس زده می شود که تقریباً به طور کامل خالی از پادماده باشد. حقیقت این است که تولید پادماده در آزمایشگاه آنقدر سخت و پر هزینه است که کار تحقیق و مطالعه بر روی این ماهیت اسرارآمیز را دشوار می کند. با این وجود، نظریه ذرات مدرن پیش بینی می کند که هر ذره در کیهان دارای پادذره معکوس خود است. این یکی از بزرگ ترین مسائل حل نشده در فیزیک است.
طیف پادماده
اتم ها از الکترون هایی تشکیل شده اند که به دور هسته می چرخند. وقتی الکترون ها حرکت می کنند نور را در فرکانس های مختلف ساطع و جذب می کنند، که نشان دهنده طیف اتم است. هر عنصر دارای طیف خاص خود است که از طریق آن قابل شناسایی است و مطالعه این طیف ها (که طیف نمایی نامیده می شود) کاربردهای متعددی در علوم شیمی، فیزیک و نجوم دارد. اما این درباره پادماده چگونه است؟
در آزمایش ALPHA (دستگاه فیزیک لیزری پادهیدروژن) در آزمایشگاه سرن، حدود ۱۴ اتم پادهیدروژن به دام انداخته شد و سپس با لیزر متلاشی شدند تا نوع نوری که جذب می کنند مشاهده شود. ALPHA یک آزمایش منحصر به فرد است که قادر است اتم های پادهیدروژن را تولید کرده و آنها را در یک تله مغناطیسی با طراحی ویژه نگه دارد و به طور هم زمان در پاد اتم ها کمی تغییر ایجاد کند. به تله انداختن اتم های پادهیدروژن باعث می شود بتوان آنها را با استفاده از لیزر یا منابع تابشی دیگر مطالعه کرد.
هَنگست می گوید، “حرکت دادن و به دام انداختن پاد پروتون ها یا پوزیترون ها ساده است زیرا آنها ذرات بارداری هستند. اما وقتی این دو را با هم ترکیب کنیم به پادهیدروژن خنثی می رسیم که به دام انداختن آن بسیار دشوار است، بنابراین با در نظر گرفتن این حقیقت که پادهیدروژن دارای خاصیت مغناطیسی اندکی است، ما یک تله مغناطیسی بسیار خاص طراحی کرده ایم.”
همانطور که ما انتظار داشتیم (و امیدوار بودیم که این گونه باشد)، این طیف پادهیدروژن با طیف هیدروژن یکسان بود.
تیم ثارپ از ALPHA در گفتگو با رایان مَندلبام از سایت Gizmodo می گوید، ” مدت ها تصور بر این بود که پادماده یک انعکاس دقیق از ماده است و ما در حال جمع آوری شواهدی هستیم که نشان دهیم این موضوع درست است.”
به این دلیل می گویم امیدوار بودیم زیرا اگر این طیف ها یکسان نبودند می توانست به این معنی باشد که بسیاری از موضوعاتی که امروزه تصور می کنیم درست هستند – مانند نظریه بیگ بنگ و نسبیت خاص انیشتین – اشتباه از آب در می آمدند. نسبیت خاص اشاره می کند که اگر دو ناظر با سرعت نسبی به سمت هم حرکت کنند یک ماهیت واحد به نام فضا- زمان برای آنها به دو بخش فضا و زمان تقسیم می شود. یکسان بودن این طیف ها بدین معناست که تئوری نسبیت یک آزمایش دیگر را با موفقیت پشت سر گذاشته است. اما پژوهشگران از قبل برنامه ریزی کرده اند تا پادماده بیشتری را تولید کرده و آن را با یک نوع لیزر متفاوت متلاشی کنند تا طیف های بیشتری را مشاهده نمایند.
فیزیک ذرات یک دنیای پیچیده و عجیب است و ما صرفاً در حال حاضر این شانس را پیدا کرده ایم تا نظریه های ارائه شده در دهه های گذشته را آزمایش کنیم. با توجه به این حقیقت که درستی این نظریه ها در حال اثبات شدن است، و این که پژوهشگران شواهد زیادی در درستی این نظریه ها یافته اند، می تواند گواهی باشد بر ذهن های درخشان و نبوغ افرادی که به رشد علم در این حوزه کمک کرده اند.
