گامی در جهت حل معمای بزرگ فیزیک: چرا ماده بر ضدماده غالب است؟

حق نشر عکس Brookhaven Laboratory

فیزیکدانان به حل یکی از بزرگترین معماهای علمی نزدیک تر شده اند:‌ چرا جهان عمدتا از ماده تشکیل شده نه ضدماده.

ضدماده تصویر شبح وار همان ماده آشنای معمولی است.

اکنون برای اولین بار، دانشمندان نیروهایی که باعث می شود ذرات یک نوع ضدماه به هم بچسبند را اندازه گیری کرده اند.

این یافته ها که در نشریه نیچر چاپ شده، ممکن است سرنخ هایی به دست دهد از اینکه چه چیزی باعث نایاب بودن ضدماده در کیهان شده است.

نیروهای بین ذرات ضدماده - در این مورد ضدپروتون ها - قبلا اندازه گیری نشده بود.

اگر معلوم می شد که ضدپروتون رفتاری متفاوت از ذرات پروتون دارد، می توانست توضیحی بالقوه در مورد علت عدم توازن ماده و ضدماده در جهان امروز ارائه کند: اینکه چرا ماده خیلی بیش از ضدماده وجود دارد.

در آغاز کیهان و در جریان مه‌بانگ (بیگ بنگ) به یک اندازه ماده و ضدماده تولید شد. اما این جهانی نیست که امروز می بینیم؛ جهانی که در آن ضدماده شدیدا نایاب است.

باید پدیده ای در کار بوده باشد که باعث برتری ماده شده؛‌ دانشمندان نظریات خود را دارند، اما شواهد آن فرار است.

آیهانگ تانگ از آزمایشگاه ملی بروکهیون در نیویورک آمریکا که از نویسندگان این مقاله است می گوید:‌ "این معما چند دهه مطرح بوده و سرنخ های کمی پدیدار شده، و همچنان یکی از چالش های بزرگ علوم است."

حق نشر عکس Brookhaven National Laboratory
Image caption فیزیکدان ها با استفاده از یک کوبنده ذرات به نام آراچ‌آی‌سی در نیویورک توانستند نیروی بین جفت های ضدپروتون را اندازه بگیرند

"هرچیزی که درباره ماهیت ضدماده بیاموزیم به طور بالقوه می تواند به حل این معما کمک کند."

اما به لطف تکنولوژی، ضدماده را می توان در شتاب دهنده‌های ذرات تولید کرد - هرچند در مقدار خیلی کم - که به دانشمندان امکان می دهد خواص آن را مطالعه کنند.

فیزیکدان ها با استفاده از یک کوبنده ذرات به نام آراچ‌آی‌سی (Relativistic Heavy Ion Collider) در بروکهیون، توانستند نیروی بین جفت های ضدپروتون را اندازه بگیرند.

دانشمندان دریافتند که نیروی بین جفت های ضدپروتون گرانشی است، درست مثل "نیروی قوی" (Strong Force) که پروتون ها را در هسته اتم کنار هم نگه می دارد.

ذرات ضدماده جرمی معادل همتای خود ماده معمولی دارند، اما بار الکتریکی آنها برعکس است.

ژنگیائو ژانگ، از دیگر دانشمندان این مطالعه در مورد نتیجه آزمایش کوبنده ذرات، گفت:‌ "ما (در این آزمایش) شاهد انتشار مقدار زیادی پروتون هستیم، یعنی همان مصالح اساسی اتم های متعارف، و همچنین تقریبا به همین اندازه ضدپروتون می بینیم."

"ضدپروتون ها درست مثل پروتون های معمولی به نظر می رسند، اما چون ضدماده هستند، بار آن به جای مثبت منفی است، برای همین در میدان مغناطیسی آشکارساز به جهت مخالف منحرف می شوند."

تا جایی که دقت اندازه گیری ها اجازه می دهد، ماده و ضدماده کاملا متقارن به نظر می رسند. هیچ گونه تغییر ناگهانی نامتقارنی در نیروی قوی بین ذرات که ادامه وجود ماده در جهان و نادر بودن ضدماده را توضیح دهد ظاهر نشد.

به این ترتیب این یافته دانشمندان را به سوی توضیحی دیگر برای عدم توازن ماده و ضدماده سوق می دهد.

برای مثال نوترینوها (یکی دیگر از ذرات اساسی سازنده جهان) ممکن است ضدماده خود باشند.

بیشتر بخوانید:‌ ذره ابرقهرمان؛ چرا نوتریون برنده نوبل فیزیک شد

تفاوت در نوع کنش و واکنش ذرات نوترینو بعد از مه‌بانگ ممکن است به ازدیاد ماده منجر شده باشد.