سرن: چرا ضدماده برای ما اهمیت دارد؟

تام چیورز: اخباری که دانشمندان می توانند ضدماده را بدام انداخته و ذخیره کنند می تواند تاثیر عمیقی بر درک ما از جهان داشته باشد. (7 ژوئن 2011)
ضدماده، «تصویر آیینه ای» گریزانی از همه چیزهایی است که پیرامونمان می بینیم.

شانزده دقیقه مدت زیادی نیست. این زمانی کافی برای یک فنجان چای، یا دویدن مسافتی بطول دو مایل است اگر روی فرم باشید. اما اگر چند اتم از ضدماده داشته باشید، این زمانی کافی برای آموختن در مورد تولد جهان است.
روز یکشنبه، دانشمندان سازمان اروپایی برای پژوهش هسته ای(Cern) وقتی برای نخستین بار ضدماده را درحالت پایدارخلق و ذخیره کردند سبب پخش عناوین خبری هیجان انگیزی شدند.
آنها توانستند اتمهای ضد هیدروژن – ضدماده معادل هیدروژن، ساده ترین عنصر- را برای 1000ثانیه یا 16 دقیق و 40 ثانیه بدام اندازند. رکورد پیشین آنهادر حدود 172 میلی ثانیه یا در واقع یک پنجم ثانیه بود. این یک پیشرفت هیجان انگیز بود، اما شاید درک آن برای کسانی که مدرکی در فیزیک ندارند مشکل باشد.
برای درک آن، ابتدا باید بدانیم که ماده و ضد ماده واقعا» جه هستند. جهان تا آنجا که می دانیم از ذرات زیراتمی-الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است. در1928 ، فیزیکدان انگلیسی پاول دیراک، پیشروی مکانیک کوانتوم ، مدل ریاضی مفصلی از دنیای زیراتمی خلق کرد-اما ملاحظه کرد که برای اینکه معادلاتش درست باشد، نیازمند ذره ای است که جرمی برابر با یک الکترون با بار مخالف ، » بار مثبت» داشته باشد. در 1932، یک امریکایی، کارل اندرسون، چنین ذره ای را مشاهده کرد، که یک پوزیترون نامیده شد. بعدها برای فیزیکدانان روشن شد که هر ذره از ماده یک ضدذره وابسته دارد. در 1955، پژوهشگران در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی یک ضدنوترون و ضد پروتون را شناسایی کردند.
اما مطالعه این ضدماده آسان نبود. زمانی که یک ضد ذره ازهر نوعی با همتای ماده خود مواجه می شود، این زوج با یک انفجار کوچک ولی شدید از انرژی یکدیگر را نابود می کنند. اتمی از ضد هیدروژن، شامل یک پوزیترون و یک ضد پروتون، در تماس با هر ماده ای فورا» ناپدید می شوند. پس تنها راه برای ذخیره ضدماده، نگهداری آن در یک میدان مغناطیسی است.
تا همین چند وقت پیش، این بدان معنا بود که تنها می توان ذرات زیراتمی را ذخیره و مورد مطالعه قرار داد زیرا تنها می توان ذرات زیر اتمی باردار، ضد پروتون و پوزیترون، را در میدان مغناطیسی اداره کرد. همه اتمها دارای بار مغناطیسی نیستند پس آهنربا کاربرد محدودی داشت.
با وجود این، در دسامبر 2010، تیم الفا (Anthihydrogen Laser Physics Apparatus دستگاه فیزیک لیزری ضد هیدروژن( در سرن برای نخستین بار در دنیا توانست: اتمهای ضدهیدروژن را بطور کامل ]پوزیترون ، ضدپروتون و ضد نوترون[با استفاده از میدان مغناطیسی بدام بیاندازد. در دمای بسیار پایین، ضد اتمها مانند آهن رباهای خرد رفتار می کردند. فقط وقتی این ضد اتمها در دمای نزدیک صفر مطلق بودند بقدر کافی کند می شدند تا بتوان با آهن رباهای ما فوق هادی قدرتمند هدایتشان کرد. این یک شاهکار فنی قابل توجه بود؛ ولی با عمری کوتاه: این تیم فقط برای چند میکروثانیه توانست ضدهیدروژن را نگاه دارد قبل از آنکه میدان مغناطیسی از بین برود و ضد ماده در تماس با ماده نابود شود. آنگاه توانستندانفجارهای ناشی از آن را با آشکارسازهای خود مشاهده کنند.
گرچه این شگفت آور است ولی ما فقط همین قدر از آزمایشهایی نظیر این درباره ضدماده می آموزیم. ما می خواهیم موجودیت آنرا مشاهده کنیم نه اینکه نابودیش را مستند سازیم. همانطور که تام واینتی (Tom Whyntie) می گوید » بین مشاهده ردپای جانور یا سرگین آن با مطالعه جانور در اسارت تفاوت وجود دارد.» و این آخرین پیشرفتی است که امکان چنین مشاهده ای را فراهم آورده است. پرفسور جفری هنگست(Jeffrey Hangst) سخنگوی تیم آلفا توضیح می دهد: 1000 ثانیه برای شروع مطالعه اتمهای ضدهیدروژن بقدر کافی طولانی است-حتی با تعداد محدودی که تاحالا توانسته ایم بدام بیاندازیم.
برای تشریح اهمیت آن، لازم است به شروع جهان در 7/13میلیارد سال پیش نگاهی بیاندازیم. در لحظات بعد از مهبانگ، جهان-مطابق دانسته های ما- بطور مساوی از ماده و ضدماده تشکیل شده بود. اگر این نظریه صحیح باشد، باید انتظار داشته باشیم که این دو یکدیگر را نابود کنند، اما نکردند. تقریبا» همه ضدماده در جهان مدتهاست از بین رفته است و ماده کافی برای خلق یک جهان فعال برای ما باقیمانده است.
اگر بین ماده وضدماده تفاوتهایی وجود داشت که بمعنای این بود که ضدماده سریعتر ناپدید شده این نظریه معنا داشت. اما یک مشخصه بنیادی فیزیک مدرن، با ارجاع به معادلات دیراک (Dirac) این است که ماده و ضدماده متقارن هستند.پرفسور هنگست میگوید: » هر اشاره ای به عدم تقارن نیازمند تغییر عقیده جدید درباره درک ما از طبیعت است. اما نیمی از جهان گم شده است، پس نوعی تغییر عقیده در دستور است.» واقعا» همین حقیقت وجود خود ما یکی از بزرگترین اسراری است که فیزیک مدرن با ان مواجه است.
هدف اصلی فیزیک ضدماده این است که دریابد چه تقارن، یا چه تفاوتی بین ماده و ضدماده وجود دارد. بطورمشخص دو نقطه آغاز می تواند باشد: نخستین، آیا ضدهیدروژن همانند هیدروژن معمولی با نور واکنش می دهد؛ و دومین ، آیا ضدهیدروژن با قوه گرانشی همانند هیدروژن تراکنش دارد. امسال آزمایشهایی برای تعیین پاسخ هر دوپرسش آغاز خواهد شد.
(بخشی از مقاله زیر)
http://www.telegraph.co.uk/science/8560935/Cern-Alpha-and-antimatter-storage-why-antimatter-should-matter-to-us.html

ماده تاریک : عبارتی که ماده ای را توصیف می کند که از آثار گرانشی آن به وجودش پی برده شده است اما مقدار قابل کشفی از نور را منتشر یا جذب نمی کند.

شواهدعینی برای ماده تاریک: مشاهدات سرعت چرخش کهکشان های مارپیچی، محدود شدن گاز داغ در کهکشان ها و خوشه های کهکشانی، حرکات تصادفی کهکشانها در خوشه ها، بشکل عدسی در آمدن گرانشی اشیای زمینه ای، و نوسانات مشاهده شده درتشعشع زمینه ای کهموج های (microwaves) کیهانی مستلزم حضور گرانشی اضافی است، که با وجود ماده تاریک می تواند توجیه شود.ستاره شناسان مدتی طولانی از روش کارآگاهی که شرلوک هلمز بکار می برد استفاده کردند تا به درک ما از جهان عمق بخشند. از از زمان موفقیت شگفت انگیزایزاک نیوتون در توضیح حرکت سیارات با فرضیه گرانش و قوانین حرکت در 1687تا کنون، استناد به وجود ماده نادیده برای توجیه مشاهدات غیرقابل توضیح اجرام کیهانی بکار رفته است.

مقدار ماده تاریک: شواهد عینی به این مطلب اشاره دارند که جرم ماده تاریک در کهکشانها، خوشه های کهکشانی ، و جهان بعنوان یک کل درحدود پنج تا شش برابر بیشتر از ماده مرئی ، ماده ای که نور معمولی از خود منتشر می کند که ستاره ها، سیاره ها، گاز و گردو غبار را تشکیل می دهد.

جایگزین های ماده تاریک: یک امکان، که بیشتر اختر فیزیکدانان آن رانامحتمل می دانند، این است که بهبودفرضیه گرانش می تواند تاثیر نسبت داده شده به ماده تاریک را توجیه کند.

ماده تاریک چیست؟ : ماهیت ماده تاریک نامعلوم است. مجموعه ای از شواهد معتبر نشان می دهند که نمی تواند ماده باردار :baryon) ذرات زیر اتمی متشکل از سه کوارک)، یعنی پروتون و نوترون باشند. مدل مطلوب این است که زمانی که عمر جهان کسری از یک ثانیه بوده، بیشتر ماده تاریک از ذرات بیگانه ای تشکیل شده است. چنین ذراتی، که مستلزم مدل به اصطلاح استاندارد فیزیک ذرات بنیادی هستند، می توانند WIMP ها( ذرات فشرده که برهمکنش ضعیفی دارند)، یا اکسیونها (axion) یا نوترون های بی بارباشند.

آشکارسازی ذرات ماده تاریک: انواع گوناگون پژوهشهای آزمایشگاهی برای کاندیداهای ماده تاریک توسط شماری از پژوهشگران دنبال می شود: آشکارسازی مستقیم ذرات ماده تاریک با استفاده از آشکار سازهای جدید ابداعی؛ آشکارسازی با اشعه ایکس یا اشعه گاما از متلاشی شدن یا نابودی ذرات ماده تاریک؛ و آشکارسازی ذرات ماده تاریک که بوسیله تصادم اشعه های پروتون پر انرژی

منبع:http://chandra.harvard.edu/xray_astro/dark_matter/index.html

Advertisements

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

درحال اتصال به %s