Real Time Web Analytics پادپروتون تفاوتی با پروتون ندارد: راز پیدایش جهان، همچنان سربه‌مُهر مانده است! | دیپ لوک

پادپروتون تفاوتی با پروتون ندارد: راز پیدایش جهان، همچنان سربه‌مُهر مانده است!

0

چرا جهان وجود دارد؟ یکی از هیجان‌انگیزترین سوالاتی که این روزها‌ ذهن بسیاری از فیزیکدانان را به خود مشغول کرده و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی زیادی را در سرتاسر دنیا تسخیر کرده است. سوالی که بی‌شک باید پاسخ آن را در عدم تقارن ماده و پادماده جستجو کرد. مدل استاندارد فیزیک می‌گوید جهان دارای یک تقارنی بنیادی است که طبق آن مقدار ماده و پادماده با یکدیگر باید برابر باشند. اما جهانی که ما در آن زندگی می‌کنیم، یا حداقل جهانی که تاکنون توانسته‌ایم کشف کنیم، به شدت دارای عدم تقارن است و مقدار ماده برتری فاحشی نسبت به پادماده دارد. حالا و در پژوهش تازه‌ای، سرآمدان فیزیک ذرات، یعنی پژوهشگران سرن به همراه گروه‌های تحقیقاتی دیگری از سراسر دنیا، با اندازه‌گیری بسیار دقیق ویژگی‌های مغناطیسی پادپروتون بر درستی مدل استاندارد فیزیک صحه گذاشته‌اند، بنابراین راز عدم تقارن ماده و پاده ماده همچنان سربه مهر باقی مانده است! با دیپ لوک همراه باشید…

هنوز تفاوتی بین پروتون و پادپروتون پیدا نشده که به توضیح وجود ماده در کائنات کمک کند، حتی حالا که فیزیکدانان سرن توانسته‌اند نیروی مغناطیسی پادپروتون را با دقت باورنکردنی اندازه‌گیری کنند. داده‌ها هیچ اطلاعی درباره‌ی اینکه چگونه ماده در جهان اولیه به صورت ذره و پادذره شکل گرفته‌ نمی‌دهند، چرا که در جهان اولیه، ذره و پادذره، لاجرم باید یکدیگر را نابود می‌کردند. جدیدترین اندازه‌گیری‌های BASE یا همان آزمایش تقارن باریون-پادباریون (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment)، به جای نشان دادن اختلافی بین پادپروتون و پروتون، سازگاری کامل آنها را با هم نشان می‌دهد که مهر تاییدی بر مدل استاندارد ذرات است. دانشمندان در سرتاسر دنیا در حال استفاده از روش‌های متنوعی برای پیدا کردن این اختلاف هر چند کوچک و ناچیز هستند. عدم تعادل ماده-پادماده در کائنات، یکی از داغ‌ترین موضوعات پژوهشی فیزیک در این روزهاست.

ممان مغناطیسی، یکی از ویژگی‌های مهم ذرات است و در خام‌ترین حالت می‌تواند به عنوان یک آهنربای درونی جسم تصور شود. فاکتوری به نام فاکتور g، قدرت میدان مغاطیسی را اندازه می‌گیرد. دانشمندان سرن حالا با همکاری مرکز پژوهشی RIKEN در ژاپن، موسسه ماکس پلانک آلمان و چند دانشگاه و موسسه تحقیقاتی دیگر، اندازه‌گیری دقیق این فاکتور را انجام داده‌اند. یکی از پژوهشگران BASE می‌گوید:

سوال این است که آیا پادپروتون، دارای مغناطیسی مانند پروتون است؟ این معمایی است که باید آن را حل کنیم

این گروه در ژانویه سال ۲۰۱۷ توانسته بودند مقدار فاکتور g را با دقت بالایی اندازه‌گیری و گزارش کنند، اما این بار، عدد بدست آمده برای فاکتور g بسیار دقیق‌تر است. این بار عدد بدست آمده، دارای ۹ رقم بعد از اعشار است. این دقت برابر با اندازه‌گیری محیط زمین با دقت ۴ سانتی‌متر است! عدد بدست‌آمده، ۲٫۷۹۲۸۴۷۳۴۴۱ است که ۳۵۰ برابر، دقیق‌تر از عدد بدست آمده‌ی قبلی است. دانشمندان می‌گویند:

این بهبود فوق‌العاده‌‌ی دقت در این بازه‌ی زمانی کوتاه، تنها به لطف روش‌های کاملا بدیع و جدید ممکن است که در آن، برای نخستین بار از دو پادپروتون و آنالیز آنها با دو دام پنینگ (Penning trap) استفاده شد.

روش‌ نگه‌داری جالب پادپروتون

پادپروتون‌ها یک سال پیش و به طور مصنوعی در سرن تولید شده و محققان آنها را در مخزنی برای آزمایش‌ها ذخیره کردند. پادپروتون‌ های لازم برای این آزمایش در سال ۲۰۱۵ ایزوله شده و در ماه‌های اگوست و دسامبر ۲۰۱۶ اندازه‌گیری شدند (که طولانی‌ترین مدت نگه‌داری پادماده تا به امروز بود). پادپروتون‌ ها معمولا به سرعت و هنگامی که با ماده (مانند هوا) تماس داشته باشند، نابود می‌شوند؛ بنابراین ذخیره‌سازی به مدت ۴۵۰ روز در یک خلا انجام شد که تراکم ذرات آن، حتی از فضای بین ستاره‌ای هم ۱۰ برابر کمتر بود! در این آزمایش، مجموعا ۱۶ پاد پروتون استفاده شد که برخی از آنها تا نزدیکی صفر مطلق یا همان منهای ۲۷۳ درجه سانتیگراد، سرد شدند. همانطور که اشاره کردیم در این آزمایش، از برهمکنش دو دام پنینگ استفاده شد. این دام‌ها از میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی برای به دام انداختن پادپروتون‌ ها استفاده می‌کنند. اندازه‌گیری‌های قبلی، شدیدا با ناهمگونی مغناطیسی بسیار قوی در دام پنینگ، محدود شده بودند، اما حالا دانشمندان برای غلبه بر این مانع، دام دومی را با میدان مغناطیسی بسیار همگن اضافه کردند. آنها می‌گویند:

اندازه‌گیری پادپروتون به شدت دشوار بود و ما ۱۰ سال روی آن کار می‌کردیم. اما پیروزی نهایی به لطف ایده‌ی انقلابی انجام اندازه‌گیری با دو دام میسر شد.

فاکتور g مشخص شده برای پادپروتون با فاکتور g پروتون که محققان در سال ۲۰۱۴ با بیشترین دقت ممکن اندازه‌گیری کرده بودند، مقایسه شد و نتیجه چیزی جز تایید نتایج قبلی نبود: هیچ تفاوتی بین پروتون و پادپروتون وجود نداشت. این سازگاری و تطبیق، تاییدی برای تقارن CPT است که می‌گوید کائنات، تقارنی بنیادی بین ذرات و پادذرات دارد. دانشمندان می‌گویند:

تمام مشاهداتی که تاکنون انجام شده، تقارنی بین ماده و پادماده را پیدا کرده که نشان می‌دهند جهان نباید وجود داشته باشد! در واقع، تقارن باید وجود داشته باشد، ولی ما نمی‌فهمیم تفاوت ماده و پادماده از کجا پیدا شده و چه چیزی باعث شکست تقارن شده است؟

محققان BASE به دنبال بهبود دقت اندازه‌گیری‌ ویژگی‌های پروتون و پادپروتون هستند تا پاسخی برای این سوال پیدا کنند. آنها می‌خواهند با توسعه‌ی روش‌های نوآورانه در طول چند سال آینده، نتایج جاری را بهبود ببخشند. پس باید منتظر بمانیم و ببینیم این تفاوت ظریف خود را نشان خواهد داد یا اصلا باید طور دیگری به قضیه نگاه کرد و در جای دیگری در جستجوی دلیل بود…

زاده‌ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم و تکنولوژی بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز و ماهنامه جی اس ام مشغول است.

ارسال نظر

*