تحقیق جدید بر روی پادماده وجود جهان هستی را زیر سوال می‌برد!

MacTavish · 25/8/19

پادماده (Antimatter) یا همان ضدماده ماهیتی پیچیده است که خواصی دقیقا عکس ماده دارد و در کمال تعجب، جدیدترین اندازه‌گیری صورت گرفته در مورد آن نشان می‌دهد که دنیا نباید وجود داشته باشد!

به طور کلی می‌توان گفت که تقریبا هر آنچه در اطراف خود می‌بینیم از مفهوم فیزیکی «ماده» تشکیل شده که خواص مشخص و بررسی‌شده‌ای دارد؛ با این حال یکی از مبهم‌ترین و پیچیده‌ترین مفاهیم فیزیک به پادماده (Antimatter)، ضدماده یا آنتی ماده مربوط می‌شود که خاصیت‌هایی دقیقا برعکس ماده دارد.

به عنوان مثال اگر مقدار مشخصی اتم هیدروژن داشته باشیم، پادماده این تعداد اتم با نام آنتی هیدروژن و خواص و ویژگی‌هایی 180 درجه متفاوت از هیدروژن، شناخته می‌شود. حال باید توجه داشته باشیم که در دنیای ما میزان مواد موجود به مراتب از پادماده‌ها بیشتر است و این مورد خود به مجموعه ابهامات این مفهوم پیچیده فیزیکی اضافه می‌کند.

در همین رابـ*ـطه، دانشمندان در اقدامی شگفت‌انگیز اثرانگشت طیفی تعداد 15 هزار آنتی هیدروژن را اندازه‌گیری کرده‌اند و با مقایسه نتایج به دست آمده با اطلاعات مربوط به اتم‌های هیدروژن،‌ متوجه شدند که این دو ماده و پادماده تنها به اندازه دو قسمت در هر یک تریلیون با یکدیگر فرق دارند؛ به بیان ساده‌تر، ماده و آنتی ماده عملا یکسان هستند و با وجود تمامی پیشرفت‌های تکنولوژیکی که انجام این آزمایش را ممکن کرده‌اند، اسرار و رموز آنتی ماده هنوز آشکار نشده‌اند.

تحقیق جدید در مورد پادماده

با وجود نرسیدن پژوهش انجام‌شده به صد درصد نتایج برآورد شده، انجام دادن چنین آزمایشی به نوبه خود شگفت‌انگیز است؛ به وجود آوردن این حجم از پادماده خود یک دستاورد علمی بزرگ بوده و نگهداری از آنتی هیدروژن‌های موردنظر برای اندازه‌گیری امواج نوری و تعیین خواص طیفی آن‌ها کار بسیار تحسین‌برانگیزی است.

چیزی در حدود 18 ماه پیش، از طرف سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای یا همان سرن (CERN) که بزرگ‌ترین آزمایشگاه فیزیک ذره‌ای در جهان بوده، اعلام شد که دانشمندان با موفقیت توانسته‌اند آثار طیفی آنتی هیدروژن را اندازه بگیرند و 9 ماه پس از این دستاورد، باز از سرن خبر رسید که فرکانس نور ساطع‌شده از 200 اتم پادماده مشخص شده است.

در هر دو آزمایش فیزیکدانان فرکانس نور به وجود آمده، زمانی که پوزیترون (نقطه عکس پروتون در پادماده) یک آنتی هیدروژن بین دو موقعیت جابه‌جا می‌شد را اندازه گرفتن و این میزان را با عدد مربوط به پروتون‌های اتم هیدروژن معمولی، در شرایطی یکسان، مقایسه کردند.

در پژوهش جدید هم آزمایش مشابهی انجام شد، فقط مقیاس بررسی به مراتب بزرگ‌تر بود و از طرف دیگر، دقت اندازه‌گیری‌ها از 4 در 10 هزار، به 2 در 1 تریلیون کاهش یافت! با این وجود به ثمر رسیدن این کار علمی خبر از جهش بزرگی در دانش فیزیکی ذرات داد.

نتایج مقایسه طیف نوری ماده و پادماده

تحقیق دانشمندان سرن خبرهای خوب و بدی را به همراه داشت؛ در ابتدا باید در نظر داشته باشیم که این کار پژوهشی شگفت‌انگیز درک ما از تقارن موجود در ذرات تشکیل‌دهنده جهان را به میزان قابل‌توجهی ارتقا داد و با توجه به اینکه موضوع تقارن در ساز و کار کیهان بسیار مهم است، فهمیدن شباهت هیدروژن و آنتی هیدروژن نتایج بسیار مفیدی دارد.

تقارن در بحث‌های مربوط به بار الکتریکی، زمان و موقعیت ذرات نقشی مهم داشته و پیش از این، بررسی‌ها نشان داده بود که اگر چنین متغیرهایی به حالت وارونه دربیایند و ماده به پادماده تبدیل شود، در مقیاس کوچک تفاوت‌های جزئی در ساز و کار ذرات رخ می‌دهد.

با این وجود پژوهش جدید نشان می‌دهد که در مقیاس بزرگ‌تر هم تغییر چندانی به وجود نمی‌آید و اگر قرار باشد که تمامی بارهای الکتریکی ذرات معکوس شوند و جهت‌گیری موقعیت‌ها 180 درجه دگرگون شده و زمان ذرات هم به جای پیشروی به عقب برود، قوانین فیزیک ثابت کرده‌اند که وضعیت بسیار شبیه به شرایط کنونی هستی خواهد بود!

اما همانطور که گفتیم فیزیکدانان سرن خبر عجیب و به تعبیر بعضی، بدی را هم به ما دادند؛ جهان در رویداد بیگ بنگ با میزانی مساوی از ماده و پادماده، در فضایی یکسان، آغاز به کار کرده است. در نگاه اول شاید چنین موضوعی مشکلی ایجاد نکند، اما توجه داشته باشیم که این دو مفهوم در کنار هم، یکدیگر را خنثی می‌کنند و چیزی باقی نمی‌گذارند که بعد از گذشت میلیاردها سال به کهکشان‌ها و ستاره‌های کنونی مبدل شود.

حال اگر کوچک‌ترین اختلافی بین الگوهای تقارن ذرات و آنتی ذرات کیهانی بیگ بنگ وجود داشته است، می‌توان پیدایش دنیا را منطقی دانست، اما آزمایش دانشمندان سرن نشان می‌دهد که چنین اختلافی وجود ندارد؛ اگر هم وجود دارد یا تجهیزان فوق پیشرفته مورداستفاده آن تفاوت‌ها را ردیابی نکرده و یا اختلاف موجود در هر یک تریلیون قسمت از دو واحد هم کمتر است.

البته باید در نظر داشته باشیم که شاید اساس دل بستن به کشف تفاوت در ذرات و پادذرات مشکل داشته باشد؛ جالب است بدانیم که ماهیت عجیبی به نام ذره نوترینو (Neutrino) وجود دارد که گفته شده، در عین حال هم ماده است و هم پادماده و دانشمندان به صورت گسترده‌ای در حال روشن کردن ابهامات آن هستند.

حال اگر تحقیقات نشان دهند که فرضیات مربوط به نوترینو درست است و این ماهیت هم‌زمان خاصیت مادگی و پادمادگی دارد، شاید قادر باشیم که با بررسی عوامل تعیین‌کننده تمایل نوترینو به انتخاب یک شکل از دو حالت گفته‌شده، پازل وجود جهان هستی را حل کنیم؛ اما اگر این مطالعات هم مانند نتایج مقاله چاپ‌شده اخیر، به نوعی به در بسته بخورند، به نظر می‌رسد که تا مدت‌ها امکان این را نداشته باشیم که توضیح دهیم چرا صندلی که روی آن نشسته‌ایم و یا زمینی که روی آن راه می‌رویم، وجود دارد!

مقاله اخیر تیم دانشمندان سرن به تازگی در ژورنال معتبر “Nature” منتشر شده است.