تازه‌ترین اندازه‌گیری پادماده نشان می‌دهد جهان امروز، نباید وجود می‌داشت!

نتایج مقایسه‌ی شناسه‌های طیفی (spectral fingerprints) هیدروژن و دوقلو‌های آینه‌ای آن، یعنی پادهیدروژن، دو روز پیش در مقاله‌ای در مجله‌ی معتبر نیچر منتشر شد و البته این نتایج، خیلی خوشایند نیست! چرا که نتایج اندازه‌گیری این دوقلوها، باز هم کاملا یکسان است و باز هم فیزیکدانان را برای توضیح علت عدم تقارن ماده و پادماده در جهان مایوس می‌کند. با این حساب، علت برتری ماده بر پادماده و اینکه چرا جهان، به شکل امروزی‌اش وجود دارد، همچنان یک راز سر به مهر باقی می‌ماند. با دیپ لوک همراه باشید…

این آزمایش، نوعی رکوردشکنی به حساب می‌آید، زیرا طی آن، ویژگی‌های طیفی تقریبا ۱۵ هزار اتم پادهیدروژن، در یک تجزیه‌تحلیل بی‌سابقه‌ اندازه‌گیری شد. ساخت این میزان از پادهیدروژن، خود، یک شاهکار فناوری است و امکان اندازه‌گیری فرکانس امواج نوری آنها را فراهم می‌کند. از زمانیکه فیزیکدانان در سرن، برای نخستین بار شناسه‌های پادهیدروژن را اندازه‌ گرفتند، ۱۸ ماه می‌‌گذرد و حدود ۹ ماه از پژوهش آنها برای اندازه‌گیری نور تابشی کمتر از ۲۰۰ اتم پادماده گذشته است.  فیزیکدانان در هر دو مورد، فرکانس نور تولیدشده را وقتی یک پوزیترون پادهیدروژن بین دو مکان، رفت و برگشت می‌کرد، اندازه‌ گرفتند. نتیجه نشان داد که فرکانس نور تولیدشده با فرکانس یک الکترون هیدروژن در حال حرکت بین همان دو مکان، یکسان است.

دانشمندان در تازه‌ترین تلاششان، پیشرفت عظیمی در تکنولوژی رقم زده‌اند، چرا که خطای اندازه‌گیری را از چهار قسمت در ۱۰ هزار، به تنها دو قسمت در تریلیون رسانده اند! اکنون ما می‌توانیم مطمئن‌تر از همیشه بگوییم که برعکس کردن بار در جهان هیدروژن آینه‌ای (پادهیدروژن)، نحوه‌ی تابش نور آن را تغییر نمی‌دهد. اما این یافته، یک جنبه‌ی خوب دارد و یک جنبه‌ی بد!

اول، جنبه‌ی خوب: این یافته به بازتعریف اینکه تقارن در کجای فیزیک ذرات و با دو مرتبه بزرگی، می‌شکند، کمک می‌کند. وقتی می‌خواهیم بفهمیم چرا جهان ما آنطور که به نظر می‌آید، وجود دارد، تقارن، بسیار مهم می‌شود؛ به ویژه وقتی به چیزهایی مانند بار، فضا و زمان یک ذره نگاه می‌کنیم: جهان متفاوت دیگری را تصور کنید که تمام این کمیت‌ها در آن، برعکس بودند، مثلا تمام بارهای منفی، مثبت شده و جهات و زمان نیز برعکس می‌شد. آیا هنوز جهانی شبیه جهانی که امروز در آن زندگی می‌کنیم، داشتیم؟

آزمایش‌های گذشته، نشان داده‌اند اگر فقط بارها را برعکس کنیم یا جهات را تغییر دهیم، تفاوت‌های اندکی در چگونگی عمل نیروها در مقیاس ذره‌‌ای حاصل می‌شود. اما یک جهان‌ کاملا آینه‌ای پادماده‌ای که در آن، زمان به عقب می‌رود، باید درست مانند جهان ما به نظر برسد؛ حداقل تا جایی که قوانین فیزیک، مورد توجه است. بنابراین وقتی هیدروژن را به پادهیدروژن تبدیل می‌کنیم، مشخص شدن مرزهای جدید ناوردایی بار-پاریته-زمان (CPT)، موضوع بسیار مهمی است.

و اما خبر بد: جهان ما با میزان مساوی ماده و پادماده و در فضای یکسانی، آغاز شد، پس از لحاظ نظری، آنها باید یکدیگر را خنثی می‌کردند، به گونه‌ای که هیچ ماده‌ای برای ساخت سیارات، خورشیدها و انسان‌ها باقی نمی‌ماند. اگر در آن زمان، تفاوت اندکی بین ماده و پادماده وجود داشته، یعنی تقارن CPT به کوچکترین نحوی، نقض شده باشد، پس می‌توانیم راهی برای توضیح اینکه چرا ما اکنون مقدار زیادی پس‌مانده‌ی ماده برای ساخت جهانی از کهکشان‌ها داریم، پیدا کنیم. اما این آزمایش تازه و البته بسیار دقیق، چنین تفاوتی را ندید! دو احتمال وجود دارد: یا این تفاوت، هنوز هم کوچکتر از آن است که با تکنولوژی کنونی ما دیده شود، یا ما کلا در حال پیمودن راه اشتباهیم!

یکی دیگر از راه‌های بالقوه برای پاسخ به معمای برتری ماده به پادماده، بررسی ذره‌ی شبح‌وار نوترینو است که تصور می‌شود پادذره‌ی خودش باشد. در حال حاضر،چند آزمایش بزرگ، در در زیرِ زمین در حال کاوش نوترینو هستند. اما اگر این آزمایش‌ها هم دست خالی برگردند چه؟ قبل از اینکه بدانیم چرا وجود داریم، فقط باید کمی بیشتر منتظر بمانیم!