Real Time Web Analytics به دنبال ردپای پادماده و پاسخ به بزرگترین سوالات کیهان‌شناسی در واپاشی ژرمانیوم! | دیپ لوک

به دنبال ردپای پادماده و پاسخ به بزرگترین سوالات کیهان‌شناسی در واپاشی ژرمانیوم!

1

پادماده کجاست؟ پاسخ به این سوال، یکی از مهم‌ترین رموز ناشناخته فیزیک است. در واقع پاسخ به این سوال، مشخص کننده‌ی چرایی وجود من، شما و یا هر شی شناخته شده‌ای در جهان است، زیرا استدلال علمی ‌می‌گوید بلافاصله پس از انفجار بزرگ (Big Bang) باید فرایند نابودی تمام مواد آغاز می‌شد. برای پاسخ به این سوال جالب، با دیپ لوک همراه باشید…

امید‌ها برای آشکار سازی پادماده به کمک نوع جدیدی از پرتوزایی (که هنوز مشاهده نشده) افزایش یافته است. فیزیکدانان ایتالیایی امیدوارند تا با استفاده از آشکارساز های غول پیکر، اطلاعات بیشتری در مورد پادماده بدست آورند. این نوع جدید پرتو‌زایی که فیزیکدانان از آن به عنوان فروپاشی بتای-دوگانه‌ی بدون نوترینو (neutrinoless double-beta decay) یاد می‌کنند، در صورت وجود، می‌تواند شاهدی بر این ادعا باشد که در شرایط خاص می‌توان مقدار بیشتری از ماده را نسبت به پادماده تولید کرد. به گفته محققان دانشگاه دوک، اگر فروپاشی نوترینوی بتای-دوگانه مشاهده شود، کمک قابل توجهی به حل بسیاری از سوالات بی‌پاسخ فیزیک خواهد کرد؛ مثلا می‌توان دلیل عدم تقارن ماده و ضد‌ ماده‌ و یا جرم بسیار کوچک نوترینو را توضیح داد. از طرفی این کشف می‌تواند به ما در توجیه ارتباط بین جرم‌ نوترینو‌ و سرعت واپاشی آن کمک کند.

مشکل عدم تقارن ماده و پادماده ناشی از این واقعیت است که مدل‌های استاندارد فیزیکی، مقدار یکسانی از ماده و پادماده را پس از انفجار بزرگ پیش‌بینی می‌کنند که البته هردوی آنان، یکدیگر را از بین می‌برند. این پیش بینی نمی‌تواند درست باشد زیرا انسان‌ها، درختان، کهکشان‌ها و تمام مخلوقات شناخته شده از ماده‌ ساخته شده‌اند!

پادماده‌ کجاست؟

پاسخ این سوال را باید در نوترینو‌ها جستجو کرد. ما درک درستی در مورد جرم نوترینوها نداریم و از طرفی، این ذرات شگفت‌انگیز با میدان الکترومغناطیس برهمکنشی ندارند؛ اما آنها در جهان وجود دارند و ما قادر به مشاهده آن‌ها نیستیم، به همین دلیل لقب ذرات شبح‌ به آنها داده شده است. دانشمندان پیش‌بینی کرده بودند که نوترینو‌ها می‌توانند در نقش پاد‌نوترینوی خود نیز ظاهر شوند که در این صورت به آنها ذرات مایورانا (Majorana particles) گفته می‌شود. این توانایی نوترینو‌ها می‌توانست سرنخ کلیدی برای حل مسئله عدم تقارن ماده و پادماده در جهان باشند.

برای فهم این مسئله، گروهی از محققان ایتالیایی با استفاده از آشکارساز‌های ژرمانیوم آرایه‌ای (GERDA) در اعماق کوه‌های گراند ساسو، امکان شناسایی ذرات پرتوزایی که پتانسیل نشان دادن عدم تقارن طبیعی در جهان را داشته باشند، مورد بررسی قرار داده‌اند. در واپاشی مواد پرتو‌زای معمولی، ذرات نوترون خنثی به یک ذره‌ی پروتون با بار مثبت، یک الکترون با بار منفی و یک پادنوترینو متلاشی می‌شوند. به این فرایند واپاشی بتا گفته می‌شود. اما در اتم ژرمانیوم (Ge)، این فرایند، دو مرتبه رخ می‌دهد و دو ذره‌ی نوترون به طور همزمان متلاشی می‌شوند، در نتیجه مشاهده نابودی نوترینو‌ها پیش از خروج آن‌ها از اتم را امکان پذیر می‌شود. بنابراین یک فرآیند واپاشی بتای دوگانه بدون نوترینو اتفاق افتاده که طی آن، دو ذره‌ی نوترون در یک اتم، به دو ذره‌ی پروتون، دو الکترون با بار منفی اما بدون ذره‌ی نوترینو تبدیل شده‌اند. یکی از محققان این طرح می‌گوید:

فیزیکدانان فکر می‌کنند طی یک فرایند واپاشی بتای دوگانه بدون نوترینو، تنها دو الکترون تولید شده و هیچ پادماده‌ ای تولید نمی‌شود. دو ذره جدید ایجاد شده، سریعا وارد جهان هستی شده و بنابراین آشکارساز‌ها باید قادر به اندازه گیری آن‌ها باشند. اگر چنین فرایندی درست بعد از انفجار بزرگ رخ داده باشد، می‌تواند توضیحی بر وجود تمام مواد اضافی موجود در جهان باشد. متاسفانه آشکارسازی چنین پدیده‌ای در فضا به دلیل وجود نویز‌های پس‌زمینه‌ی ناشی از اشعه‌های کیهانی، بسیار سخت و  حتی غیر ممکن است.

برای انجام این آزمایش و مشاهده‌ی فرایند واپاشی، ۳۶٫۵ کیلوگرم عنصر ژرمانیوم درون محفظه‌ای از گاز آرگون قرار گرفت که این محفظه خود نیز در درون محفظه‌ی بزرگتری از آب، قرار داده شد. دانشمندان هنوز منتظر مشاهده‌ی فرایند واپاشی بتای دوگانه‌ی بدون نوترینو هستند. طی انجام این آزمایش، هیچگونه نویز پس‌زمینه‌ای در فرایند واپاشی و آشکار سازی اختلال ایجاد نمی‌کند که این موضوع امکان موفقیت آزمایش را تا حد قابل توجهی افزایش داده است. دانشمندان می‌گویند:

ما همچنان منتظر مشاهده‌ی فرایند واپاشی ژرمانیوم موجود در محفظه آرگونی هستیم. به محض رخداد چنین فرایندی، شاهد پدیده‌های عجیبی خواهیم بود که در نهایت می‌تواند سرنوشت هیجان انگیزی در علم فیزیک رقم بزند. کشف فرایند واپاشی بتای دوگانه‌ی بدون نوترینو، اثر مهمی بر درک ما از فیزیک ذرات و کیهانشناسی خواهد گذاشت.

مقاله اصلی را در زیر مشاهده کنید:

Download (PDF, Unknown)

دکترای شیمی معدنی از دانشگاه فردوسی مشهد علاقه مند به بیو شیمی معدنی و شیمی محاسباتی مخصوصا بررسی نقش فلزات در سیستم های زیستی مانند نقش آهن در تالاسمی!

گفتگو۱ دیدگاه

  1. جهانی ازضدماده ازدرختان وبشر و… وجوددارد . درکشورروسیه تصویر درپشت آینه ک مامیگوییم مجازی هست رانگه میدارند وجنس تصویرازضدماده هست ک دراثر ضدماده نورتشکیل میشه . ک ازواجماده ضدماده انرژی فوق العاده آزادمیشه البته باتابانیدن تعداد اشعه لیزر در لجظه بسیار کم وخیلیسریع ب یک دانه شنی هم انرژی بسیاربالاتراز اتمی و…که براساس واکنشهای ماده ضدماده هست . که حکایت ازنقش مهم ضدمادی در زندگی بشر دارد

ارسال نظر

*