طیف نور پادماده با طیف نور ماده یکیست

* فیزیکدانان برای نخستین بار نشان داده‌اند که اتم‌های پادماده در واکنش به تابش لیزر، همان گونه‌ی نوری که از ماده‌ی معمولی گسیلیده می‌شود را تولید می‌کنند.
برداشت هنری از ابری از اتم‌های به دام افتاده‌ی پادهیدروژن
به گفته‌ی پژوهشگران، سنجش‌‌های دقیق‌ترِ این نور می‌تواند به گره‌گشایی از این راز کمک کند که چرا مقدار پادماده (ضدماده) در مقایسه با ماده‌ی معمولی در کیهان بسیار کمتر است.

هر ذره‌ی ماده‌ی معمولی دارای یک همتای پادماده با همان جرم ولی با بار الکتریکی مخالف است. برای نمونه، الکترون‌ها و پروتون‌ها دارای همتاهای پادماده‌ای به ترتیب به نام پوزیترون و پادپروتون هستند.

هنگامی که یک ذره به یک پادذره برخورد می‌کند، همدیگر را نابود کرده و فورانی از انرژی پدید می‌آورند. برخورد یک گرم پادماده با یک گرم ماده‌ی معمولی و نابودی آنها می‌تواند انرژی‌ای حدود دو برابر بمب هسته‌ای که بر سر هیروشیمای ژاپن انداخته شد آزاد کند (نگران بمب‌های پادماده نباشید، پژوهشگران هنوز راه بسیار درازی برای تولید حتی یک گرم پادماده دارند).

این هنوز یک راز است که چرا ماده در کیهان تا این اندازه بر پادماده برتری دارد. مدل استاندارد فیزیک ذرات (بهترین توصیفی که تاکنون از شیوه‌ی رفتار بلوک‌های بنیادی کیهان ارایه شده) می‌گوید در مهبانگ (بیگ بنگ) می‌بایست مقدار برابری ماده و پادماده پدید آمده باشد.

تاباندن نور بر پادماده
دانشمندان در پی بررسی این بودند که آیا تفاوت رفتاری پادماده با ماده به گونه‌ای هست که بتواند گره از رازِ بیش از اندازه کم بودن آن در کیهان بگشاید یا نه.

یک رشته آزمایش‌های کلیدی برای این منظور، تاباندن لیزر بر اتم‌های پادماده بود. این اتم‌ها "روند" درآشامش (جذب) و گسیلش نورشان بسیار همانند اتم‌های ماده‌ی معمولی است، ولی اگر اتم‌های پادهیدروژن طیف نوری متفاوت با اتم‌های هیدروژن می‌گسیلیدند، این تفاوت‌های طیفی می‌توانست آگاهی‌هایی درباره‌ی دیگر تفاوت‌های رفتاری ماده و پادماده نیز به دانشمندان بدهد.
کریس اروم و استیون آرمسترانگ جونز در حال آزمایش لیزری با دستگاه آلفا برای پی بردن به ویژگی‌های نور گسیلیده از پادهیدروژن
اکنون برای نخستین بار دانشمندان از لیزر برای انجام یک بررسی طیفی روی اتم‌های پادهیدروژن بهره گرفته‌اند.

جفری هینست، فیزیکدان دانشگاه آرهوس دانمارک و یکی از نویسندگان این پژوهش می‌گوید: «دوست دارم این را جام مقدس فیزیک پادماده بنامم. من بیش از ۲۰ سال است که در تلاش برای امکان‌پذیر شدن این [آزمایش] هستم، و این پروژه سرانجام پس از دشواری‌های بسیار انجام گرفته.»

پژوهشگران این آزمایش را با پادهیدروژن انجام دادند که ساده‌ترین اتم پادماده است، درست مانند هیدروژن که ساده‌ترین اتم ماده‌ی معمولی است. هر یک از اتم‌های پادهیدروژن از یک پادپروتون و یک پوزیترون (پادالکترون) تشکیل شده.

تولید پادماده به اندازه‌ی کافی برای انجام آزمایش کاری چالش‌برانگیز بود. برای به دست آوردن اتم‌های پادهیدروژن، پژوهشگران ابرهایی متشکل از حدود ۹۰ هزار پادپروتون را با ابرهایی متشکل از حدود ۱.۶ میلیون پوزیترون در هم آمیختند و حدود ۲۵۰۰۰ اتم پادهیدروژن به دست آوردند. این کار با بهره از دستگاه آلفا-۲ که یک سامانه‌ی تولید و به دام‌اندازی پادماده در سرن سوییس است انجام دادند.

پس از تولید اتم‌های پادهیدروژن، به گفته‌ی هینست: «باید از آنها نگهداری می‌کردیم که کاری بسیار سخت بود.» پادهیدروژن از نظر الکتریکی خنثا است و این بدان معناست که نمی‌توان آنها را به کمک میدان‌های الکتریکی سر جایشان نگه داشت. هینست می‌افزاید: «و چون باید از ماده‌ی معمولی دور نگه داشته شود، ناچاریم آن را در خلا شدید ذخیره کنیم.» افزون بر آن، بهتر از همه اینست که پادماده در دماهایی نزدیک به صفر مطلق (منفی ۲۷۳.۱۵ درجه‌ی سانتیگراد) نگهداری شود، به گونه‌ای که سرعت جنبش‌هایش کم شده و آسان‌تر بشود آنها را یک جا نگه داشت.

یکی از پرسش‌های بزرگ و دیرینه درباره‌ی
جهان هستی اینست که چرا ماده تا این اندازه
از پادماده بیشتر است
این پژوهشگران پادهیدروژن را در میدان‌های مغناطیسی بسیار نیرومند به دام انداختند. هینست می‌گوید: «ما اکنون می توانیم حدود ۱۵ اتم پادهیدروژن را همزمان نگه داریم.»

سپس آنها پرتوی لیزری بر این پادهیدروژن‌ها تاباندند که باعث شد اتم‌ها نور پس دهند. پس از آن، دانشمندان طیف نوری که پادهیدروژن گسیلیده بود را با دقت ۱۰ به توان ۱۰ اندازه گرفتند. برای مقایسه، پژوهشگران امروزه می‌توانند برای هیدروژن، همین ویژگی‌ها را با دقت ۱۰ به توان ۱۵ اندازه بگیرند. هینست می‌گوید: «ما می‌خواهیم سنجش پادهیدروژن را هم با همان دقت هیدروژن انجام دهیم، و دلیلی وجود ندارد که در آینده از پس این کار بر نیاییم.»

تا اینجا طیف‌های نور هیدروژن و پادهیدروژن یکسان به نظر می‌رسند، ولی هینست می‌گوید: «سنجش پادهیدروژن با دقت بیشتر می‌تواند سرانجام تفاوت‌هایی را میان ماده و پادماده آشکار کند که بتوانند گره از راز کمبود پادماده‌ در کیهان گشوده و دگرگونی‌هایی انقلابی در مدل استاندارد پدید بیاورند. این واقعا یک پژوهش سرنوشت‌ساز است.»

این دانشمندان گزارش یافته‌های خود را در شماره‌ی ۱۹ دسامبر نشریه‌ی نیچر منتشر کرده‌اند.

در همین زمینه: 

--------------------------------------------
به تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

واژه نامه:
atom - antimatter - laser - electrical charge - antiparticle - electron - proton - positron - antiproton - nuclear bomb - Hiroshima - Japan - antimatter - Standard Model - particle physics - Big Bang - antihydrogen - spectrum - hydrogen - Holy Grail - Jeffrey Hangst - Aarhus University - Denmark - antielectron - ALPHA-2 - European Organization for Nuclear Research - CERN - Switzerland - electric field - vacuum - absolute zero - Fahrenheit - Celsius - magnetic field - Nature - Chris Ørum - Steven Armstrong Jones

منبع: Space.com

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه