آکاایران: بیگ بنگ: ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده گرفته تا زمین، سیارات ، خورشید و دیگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده ایم. اما با تصور وجود یک جهان دیگر که مانند تصویر آینه ای جهان کنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ اگر پاد ماده وجود دارد، آیا پاد جهان هم وجود دارد؟

آکاایران: پاد ماده و پاد گیتی ها (قسمت اول)

به گزارش بیگ بنگ، البته وجود چنین جهانی بطور عام پذیرفته نیست. اما، جهان ذرات زیر اتمی (الکترون ، پروتون ، نوترون ، …) چنین همتایی دارند و هر یک از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند که به اصطلاح پاد ذره آن ذرات نامیده می شوند.

بنیان گذار پاد ماده

قبل از تعریف معیار برای پاد ماده، نخستین بار پل دیراک فیزیکدان معروف در سال ۱۹۲۸ چنین استنباط کرد که همه مواد می توانند در دو حالت وجود دارا باشند. وی در آغاز نظریه خود را در مورد الکترون بیان کرد و اظهار داشت که باید ذراتی به نام پاد الکترون هم وجود دارا باشند، که نام آن را پوزیترون نهاده بود. وی معادله برای پاسخ چگونگی پاد ماده نوشت، به بیان دیگر پاد ماده به این دلیل وجود دارد که معادلۀ دیراک دو جواب داشت، یکی برای ماده و یکی برای پاد ماده. معادله وی نه تنها وجود پاد ماده را پیش بینی می کرد، بلکه « اسپین »* الکترون را هم پیش بینی می نمود و از این نظر جالب است که ذرات زیر اتمی می توانند مانند فرفره اسپین دارا باشند.

این گفته تحقق یافت و فیزیکدان آمریکایی کارل اندرسون در سال ۱۹۳۲ پاد الکترون و یا پوزیترون را کشف کرد و دیراک به همین خاطر در سال ۱۹۳۳ جایزۀ نوبل را برد. پس از اکتشاف دیراک و اندرسون، این نظریه عمومی تر شد و نه تنها الکترون بلکه همه ی ذرات را نیز در بر گرفت. هر ذره یک دو قلو با جرم، اسپین، مقدار بار الکتریکی و خواص دیگر یکسان دارد، با این تفاوت که علامت بسیاری از این خواص معکوس و یک پاد به آن اضافه می شود. در اکتبر ۱۹۵۵ اییلو گسلر ، فیزیکدان اهل ایتالیا توانست در شتاب دهنده بیوترون در آزمایشگاهی در کالیفورنیا پاد پروتون و یک سال بعد پاد نوترون را آشکار کند.

مکانیزم پاد ماده

اما دانشمندان پا را فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولکول برآمدند. مکانیزم اینکه اصلا پاد ذرات چیستند ، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای ماده ای خود چگونه رفتار میکنند، مدتی فیزیکدان را به خود مشغول کرد! ابتدا این تصور وجود داشت که پاد ماده در واقع تصویری از ماده در آینه است. این بدان مناست که پاد ذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینه جرم تصویری خود در دنیای ماده دارا باشند. بحث بار الکتریکی کاملا پذیرفته شده بود. اما جرم منفی بسیار دشوار می نماید. ویژگی دیگر پاد ذرات، ویژگی نابودی در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در این انهدام مشترک هر دو نابود میشوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی که بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در می آیند. البته اگر این انرژی به اندازه کافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد ماده دیگری نیز تبدیل شود که این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یکدیگر و بیان فرمول معروف اینشتن یعنی E= mc2 است.

پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر در شتاب دهنده ها به وجود می آیند. این ذرات در خارج از آزمایش های فیزیک جایی ندارد ، هنگامی که ماده و پاد ماده را در شتاب دهنده به هم برخورد می دهند با فوران انرژی ناپدید می شود، به این فرایند نابودی گفته می شود که باعث ار بین رفتن هر دو ذره می شود و جای آن ها را فوتون های بسیار پر انرژی الکترومغناطیسی می گیرند.

در توضیح اینکه چرا ما بیشتر ماده را می بینیم تا پاد ماده ، در تاریخ کیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخ کیهان آمده است که اولین سنگ بناهای ماده (مثلا کوارک و الکترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یکدیگر به وجود می آیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد میکنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های اولیه کیهان ، ذرات فوق سنگین نیز میتوانستند به وجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت پاد ماده (مثلا کوارک های بیشتری نسبت به آنتی کوارکها) ایجاد کنند. ذراتی که فقط در میان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه ها وجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت از فزونی ماده در برابر پاد ماده بود.

پاد ماده و پاد گیتی ها

حال به پرسش نخست باز می گردیم، آیا پاد گیتی های وارونی می توانند وجود دارا باشند؟ در صورت وجود، قوانین آنها چگونه است؟ قوانین پاد شیمی این جهان ها همانند قوانین شیمی است. غیر از بارهای وارون، مردمانی که در چنین جهانی به سر می برند هرگز نمی فهمند که از پاد ماده ساخته شده اند. فیزیکدان ها این را وارون یا C- وارون می نامند، زیرا در این پاد جهان تمام بارهای الکتریکی وارون است، اما چیز دیگری دست نمی خورد. البته فیزیکدان ها پرسشهایی دربارۀ گیتی های دو قلو را بسیار جدی می گیرند، چون هنگامی که تنها بارها را در ذرات زیر اتمی جا به جا کنیم یا جهت گیری چپ – راست را وارون نماییم، معادله های نیوتن و اینشتین دست نخورده می مانند. بنابراین جهان های C- وارون یا p- وارون در اصل امکان پذیرند.

برنده نوبل ریچارد فاینمن پرسشی جالب درباره این جهان ها پیش کشید. فرض کنید روزی تماسی رادیویی با فضاییها در سیاره ای دور دست بر قرار می کنیم ولی نمی توانیم آنها را ببینیم. او می پرسد آیا می توانیم با رادیو تفاوت چپ و راست را بگوییم؟ اگر قوانین فیزیک، جهان p- وارون را مجاز بدارند، آنگاه بیان این مفاهیم باید امکان ناپذیر باشد. او استدالال کرد که گفتن بعضی چیزها آسان است، مثلا بدن ما یا تعداد انگشتانمان ، دست ها و پاها. ما حتی به فضاییان درباره ی قوانین شیمی و زیست شناسی هم توضیح بدهیم، اما اگر بخواهیم برای آنها مفهوم چپ و راست ( یا ساعتگرد و پاد ساعتگرد ) را تشریح کنیم، راه به جایی نخواهیم برد. ما هیچگاه نمی توانیم برای آنان قرار داشتن قلبمان در سمت چپ بدن، جهت چرخش زمین، یا نحوه ی پیچ خوردگی مولکول DNA را توضیح دهیم.

ادامه »»»

*اسپین: همه ذرات داری ویژگی بنام اسپین هستند که مربوط می شود به اینکه ذره از جهت های مختلف به چه شکلی و شمایلی بنظر می رسد.

.

منبع :

منبع : بخش مقالات علمی آکاایران
برچسب :