ضدماده 

ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمین و سیارات ، خورشید و دیگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ایم. اما با تصور وجود یک جهان دیگر که مانند تصویر آینه‌ای جهان کنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ البته وجود چنین جهانی پذیرفته نیست. با این حال جهان ذرات زیر اتمی (الکترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنین همتایی دارد و هر یک از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند که به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مینامند. به ادامه مطلب بروید 


تاریخچه 

دیراک فیزیکدان معروف در 1928 چنین استنباط کرد که همه مواد میتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وی در آغاز نظریه خود را در مورد الکترون بیان کرد و اظهار داشت که باید ذراتی به نام ضد الکترون هم وجود داشته با شد. این گفته تحقق یافت و فیزیکدان آمریکایی کارل اندرسون در 1932 ضد الکترون و یا پوزیترون را کشف کرد. پس از اکتشاف دیراک و اندرسون ، سرانجام در اکتبر 1955 اییلوگسلر ، فیزیکدان اهل ایتالیا توانست در شتابدهنده بیوترون در آزمایشگاهی در کالیفورنیا پاد پروتون و یک سال بعد 1956 پاد نوترون را آشکار کند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولکول برآمدند. 

مکانیزم 

اینکه اصلا پاد ذرات چیستند ، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای ماده‌ای خود چگونه رفتار میکنند، مدتی فیزیکدان را به خود مشغول کرد؟ ابتدا این تصور وجود داشت که پاد ماده در واقع تصویری از ماده در آینه است. این بدان مناست که پاذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینه جرم تصویری خود در دنیای ماده داشته باشند. بحث بار الکتریکی کاملا پذیرفته شده بود. اما جرم منفی بسیار دشوار مینماید. ویژگی دیگر پاد ذرات ، ویژگی نابودی در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در این انهدام مشترک هر دو نابود میشوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی که بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در میآیند. البته اگر این انرژی به اندازه کافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد ماده دیگری نیز تبدیل شود که این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یکدیگر و بیان فرمول معروف انیشتن است. 

پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر بوجود میآیند. این وظیفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضیح اینکه چرا ما بیشتر ماده را میبینیم تا ضد ماده ، در تاریخ کیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخ کیهان آمده است که اولین سنگ بناهای ماده (مثلا کوارک و الکترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یکدیگر بوجود میآیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد میکنند و به صورت تشعشع فرو میپاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ، ذرات فوق سنگین نیز میتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا کوارک‌های بیشتری نسبت به آنتی کوارکها) ایجاد کنند. ذراتی که فقط در میان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه‌ها وجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت از فزونی ماده در برابر ضد ماده بود. 

آزمایش ساده 

برای تصور جسم منفی ، ماهی باهوشی را تصور کنید که به سطح آب میآید و به قعر آن نمیرود. همچنین فرض کنید حباب‌هایی از داخل بطری که در کف اقیانوس قرار دارد به سمت بالا حرکت میکنند. ماهی باهوش با مشاهده حباب‌ها شدیدا علاقمند خواهند شد به آن جرمی منفی نسبت دهد. زیرا در خلاف جهت نیروی وارد از سوی جاذبه زمین حرکت میکنند. با این تصورات ، فیزیکدانان وجود چنین حالتی را برای پاد ماده غیر تحمل میدانند. 

آینده پاد ماده 

نویسندگان داستان غیر علمی ، تخیلی بر این باورند که میتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپیماهایی را به جلو راند. یک فضاپیمای مجهز به موتور ماده - پاد ماده در کسری از مدت زمان که امروزه یک فضاپیمای مجهز به موتور هیدروژن مایع لازم دارد تا به ستارگان همسایه خورشید برسد، ما را به آن سوی مرزهای منظومه شمسی (خورشیدی) خواهد برد. سرعت این چنین فضاپیمایی در مقایسه با سرعت شاتلهای فضاهای کنونی هم ، چون سرعت یک یوزپلنگ در مقابل لاک پشت است. این فضاپیما میتواند سفر یازده ماهه جستجوگر سیاره بهرام را یک ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعتهای بسیار بالا و نزدیک به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در کیهان ، سفر در زمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان ، به ما میآموزد که میتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصی از فضا- زمان را کمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است که پاد ماده به کمک ما میشتابد. 

تمامی ذرات اولیه ، ماننده پروتونها و الکترونها ، قرینه هائی از ضد ماده از جرم مشابه اما بار متضاد دارند. برای مثال ، ضد ماده مخالف یک الکترون که پوزیترون نامیده می شود دارای بار مثبت است.

 زمانیکه یک ذره با ضد ذره خود برخورد می کند یکدیگر را نابود می کنند و طی این فرایند یک انفجار انرژی مانند پرتوهای گاما آزاد می گردد. در سال 1978 ، تجهیزات ردیابی پرتوهای گاما که با استفاده از بالون به آسمان فرستاده شدند یک نوع پرتو گاما را ردگیری کردند که از فضا منشا می گرفت. بنظر می رسید که برخورد الکترونها با پوزیترونها باعث انتشار این پرتو می شد و این بدان معنی بود که در فضا ضد ماده وجود داشت.

ظاهرا  این پرتوهای گاما از یک ابر ضد ماده که حدود صد هزار سال نوری پهنا داشته و هسته کهکشان راه شیری را احاطه کرده بود منتشر می شده است. این ابر غول آسا با پرتوهای گاما و انرژی برابر صد هزار خورشید می درخشد.

اینکه دقیقا چه عاملی باعث ایجاد ضد ماده می شد برای چندین دهه یک راز باقی مانده بود. ستارهای در حال انفجار و ماده تاریک از جمله مظنونین بودند. 

اکنون ، یک گروه تحقیقاتی بین المللی با چهار سال مطالعه داده های ماهواره بین المللی آزمایشگاه اخترفیزیک پرتو گاما از آژانس فضائی اروپا مظنونین اصلی را به دقت تعیین کرده است. این یافته های جدید پیشنهاد می کنند که این پوزیترونها اساسا از ستاره هائی که توسط سیاهچاله ها بلعیده می شوند و همچنین ستاره های نوترونی تولید می شوند.

  

زمانیکه یک سیاهچاله یا یک ستاره نوترونی یک ستاره را نابود می کنند مقادیر عظیمی پرتو آزاد می شود. دانشمندان بر این باورند که وقتی الکترونها و پوزیترونها در زمان نابود شدن پرتوهای گاما "آشکار گر" را منتشر می کنند ، این پرتوهای گاما نیز می توانند با ترکیب شدن ، الکترون و پوزیترون تولید کنند تا مکانیسم ایجاد ابر ضد ماده را فراهم نمایند. بر اساس محاسبه پژوهشگران یک ستاره نسبتا عادی که توسط سیاهچاله یا ستاره نوترونی متلاشی می شود قادر است صد هزار بیلیون بیلیون بیلیون بیلیون پوزیترون (عدد یک با چهل و یک صفر) در ثانیه تولید کند.

یافته های پژوهشگران در نسخه دهم ماه ژانویه 2008 مجله Nature  به چاپ رسیده است.    



تاريخ : ۱۳٩۳/۳/۱٤ | ۱۱:۱۸ ‎ب.ظ | نویسنده : arash | نظرات ()
  • ویندوز سون | آنکولوژی