در مقاله ای که دیروز در ژورنال نیچر منتشر شد، محققان برای اولین بار، مشاهده طیف نوری پادماده را گزارش کردند. این دستاورد نشان دهنده پیشرفت های تکنولوژیکی است که عصر کاملا جدیدی را در پژوهش های پادماده آغاز می کند. این پژوهش نتیجه ۲۰ سال کار انجمن پادماده سرن است. برای درک بهتر این آزمایش تاریخی، با دیپ لوک همراه باشید…
اتم ها متشکل از الکترون هایی هستند که در مدارهای معینی، به دور هسته می چرخند. وقتی الکترون ها از یک مدار به مدار دیگر، حرکت کنند، نوری را در طول موج های خاصی، جذب یا نشر می کنند که یک طیف اتمی را می سازد. هر عنصر، طیف منحصربفردی دارد. در نتیجه، طیف سنجی، ابزار اندازه گیری رایجی است که در بسیاری از زمینه های فیزیک، نجوم و شیمی استفاده می شود. به کمک طیف سنجی می توانیم اتم ها، ملکول ها و حالت های درونی آنها را تشخیص دهیم. مثلا در اخترفیزیک، تجزیه تحلیل طیف نوری ستاره های دور به دانشمندان اجازه می دهد تا ترکیب آنها را مشخص کنند. درپادهیدروژن هم با استفاده از یک لیزر می توانیم یک انتقال را مشاهده کرده و آن را با هیدروژن، مقایسه کنیم. هدف از این مقایسه، آن است که ببینیم آیا هیدروژن و همتای پادماده اش، از قوانین فیزیکی یکسانی تبعیت می کنند یا نه.
هیدروژن، با تنها یک الکترون و یک پروتون، فراوان ترین، ساده ترین و قابل فهم ترین اتم جهان است. طیف این اتم، با دقت بسیار بالایی اندازه گیری شده است؛ اما در مقابل، اتم های پادهیدروژن، بسیار کمتر شناخته شده اند. از آنجایی که جهان اطراف ما کاملا از ماده ساخته شده، دانشمندان مجبورند اتم پادهیدوروژن را خودشان بسازند، یعنی باید پادپروتون ها و پوزیترون ها را تولید کرده و در کنار هم جمع کنند. این، یک عملیات بسیار دشوار و طاقت فرساست، اما تلاشی است که ارزشش را دارد، زیرا هر تفاوت قابل اندازه گیری بین طیف هیدروژن و پادهیدروژن، می تواند اصول بنیادی فیزیک را درهم شکسته و احتمالا پازل عدم تعادل ماده-پادماده را حل کند.
نتیجه ای که امروز در آزمایش آلفا بدست آمد، نخستین مشاهده طیف نوری پادماده یا به طور خاص تر، مشاهده خط طیفی اتم پادهیدروژن است که به دانشمندان اجازه می دهد برای اولین بار، طیف نوری ماده و پادماه را با یکدیگر مقایسه کنند. در مقیاس آزمایشگاهی، تفاوتی بین طیف معادل در هیدروژن، دیده نشد. این نتیجه با مدل استاندارد ذرات در فیزیک، سازگار است. نظریه استاندارد، ذرات، نیروها و رابطه بین آنها را به بهترین شکل، توصیف می کند و پیش بینی می کند که هیدروژن و پادهیدروژن، مشخصه های طیف سنجی یکسانی دارند. دانشمندان انتظار دارند بتوانند دقت اندازه گیری های آلفا را در آینده بهبود ببخشد. اندازه گیری طیف پادهیدروژن با دقت بالا، یک ابزار جدید و خارق العاده را برای آزمایش اینکه آیا ماده متفاوت از پادماده رفتار می کند یا نه، بدست می دهد.
آلفا یک آزمایش منحصربفرد در سرن است که می تواند اتم های پادهیدروژن را تولید کرده و آنها در یک دام مغناطیسی به طور ویژه طراحی شده، نگه دارد و سپس این پاداتم ها را اندکی، دستکاری کند. به دام انداختن اتم ها به دانشمندان کمک می کند تا با استفاده از لیزرها یا سایر منابع تابشی، آنها را مطالعه کنند. حرکت دادن و به دام انداختن پادپروتون ها یا پوزیترون ها، راحت است، زیرا آنها ذرات باردار هستند. اما زمانیکه این دو را برای ساخت یک هیدروژن خنثی، ترکیب می کنند، به دام انداختن آنها بسیار دشوارتر می شود، بنابراین دانشمندان، یک دام مغناطیسی بسیار ویژه را طراحی کردند که بر این حقیقت متکی است که پادهیدروژن، به طور ناچیزی مغناطیسی است.
پادهیدروژن از ترکیب پلاسمای حدود ۹۰ هزار پادپروتون و پوزیترون بدست می آید، که در نتیجه حدود ۲۵ هزار اتم پادهیدروژن، تولید می شود. اگر اتم های پادهیدروژن، به اندازه کافی، آهسته حرکت کنند می توان آنها را به دام انداخت. با تابش یک پرتوی لیزر (با فرکانس بسیار دقیق و کنترل شده) به اتم های به دام افتاده، دانشمندان می توانند برهمکنش این پرتو را با حالت های درونی پادهیدرژون، مشاهده کنند. در این آزمایش، انتقال ۱S-2S، مشاهده شد. حالت ۲S در هیدروژن اتمی، طول عمر زیادی دارد که منجر به یک پنهای طبیعی در خط طیفی می شود، بنابراین برای اندازه گیری های دقیق، بسیار مناسب است.
عکاسی های تایم لپس، همیشه جذابند، به مناسبت یلدا، در ویدئوی کوتاه زیر می توانید انقلاب زمستانی (یلدا) سال ۲۰۱۳ را در آلاسکا در قالب یک تایپ لپس زیبا تماشا کنید. یلدا مبارک …
