دانشمندان در پی حل یکی از بزرگترین اسرار فیزیک

 یکی از بزرگترین سوالات بی پاسخ در مدل استاندارد ذرات برای توضیح کیهان و هر آنچه در آن هست، معمای عدم تقارن ماده-پاد ماده میباشد. بر اساس این مدل مقادیر یکسان ماده و پاد ماده که در بیگ بنگ تولید شده بودند می بایست همدیگر را خنثی کرده باشند طوری که به جهانی خالی از هرگونه ذره ای ختم می شد، اما هم اکنون نتایج حاصل از برخورد دهنده هادرونی بزرگ(LHCC) در سرن می تواند بهترین شانس ما برای توضیح پارادوکس وجود ِ ماده باشد.
 به گزارش بیگ بنگ، همانطور که می دانیم مشکل عدم تقارن در کیهان از آنجا نشات میگیرد که قوانین فیزیک پیش بینی می کنند برای همه ذرات معمولی عالم به میزان برابر پاد ذره وجود دارد. به این معنی که برای مثال برای هر ذره الکترون با بار منفی یک پاد الکترون با بار مثبت به نام پوزیترون موجود هست و یا برای هر اتم هیدروژن معمولی یک پاد اتم هیدروژن داریم. برخورد ماده با پاد ماده منجر به خنثی شدن هر دو و تولید انرژی به صورت نور می شود.
اما مشکل عدم تقارن آنجا خود را نشان می دهد که مدل استاندارد پیش بینی می کند در بیگ بنگ مقادیر مساوی از ذرات باریونی به شکل ماده و پاد ماده به وجود آمده اند (به نام ماده ی باریونی و پاد ماده ی باریونی). باریونها ذرات زیر اتمی بسیار مهمی هستند زیرا پروتونها و نوترونها که بیشتر ماده قابل مشاهدۀ کیهان را تشکیل می دهند، باریون هستند. این حقیقت که در نهایت مقادیر بسیار زیادی از ماده باریونی(در مقابل پاد ماده باریونی) در جهان وجود دارد مشکلی است که بی پاسخ مانده است.
زیرا در صورت تولید مقادیر برابر از ماده و پاد ماده در بیگ بنگ می بایست این ماده و پاد ماده همدیگر را خنثی کرده و جهانی بدون ذرات و فقط حاوی تشعشع باقی می ماند. اگر چه مدل استاندارد می تواند مقدار بسیار کوچکی از عدم تقارن در تولید ذرات باریونی نسبت به پاد ذرات باریونی را توضیح دهد اما این مقدار توجیه کننده میزان بسیار زیادی از ماده که هم اکنون در کیهان قابل مشاهده است، نمیباشد.
  بنابراین چگونه این همه ماده جان سالم به در برده اند؟

عدم تقارن در کیهان به این معنی است که قوانین فیزیک باید برای ذرات و پاد ذرات دقیقا به صورت یکسانی عمل نکنند و فیزیکدانان در تلاشند تا در پدیده ای به نام نقض شارژ برابری(Charge-Parity Violation) به این عدم تقارن پی ببرند. تحقیقات قبلی شواهدی از نقض شارژ برابری یا CP در مزونها که بخشی از خانواده ذرات هادرونی هستند نشان داده بود اما برای پیش بینی مقادیر ِ کنونی ماده، باید این عدم تقارن در باریونها نیز مشاهده شود.
برای بیش از نیم قرن دانشمندان در حال تحقیق روی شواهدی از نقض CP در باریونها بوده اند و حالا محققان در سرن به نظر میرسد به نتایجی امیدوار کننده رسیده باشند. با استفاده از آشکارساز LHCb تیم تحقیقاتی مقادیر عظیمی از نوعی خاص از باریونها و پاد ذره مربوط به آن را تولید کردند و پس از برخورد آنها، نحوه ی فروپاشی آنها به پروتون(یا پاد پروتون) و سه ذره باردار دیگر به نام پیون را مورد بررسی قرار دادند.
 تیم تحقیقاتی توضیح داد: « این اتفاق فوق العاده نادر است و تا کنون مشاهده نشده است، اما مقادیر بالای تولید این باریونها در شتاب دهنده و توانائی تخصصی آشکارساز LHCb ما را قادر ساخت تا ۶۰۰۰ نمونه از این برخورد را مورد مطالعه قرار دهیم.» این حقیقت که این برخوردها می توانند به صورت متفاوتی واپاشی کنند حائز اهمیت است چرا که هر نوع تفاوت معناداری (و یا عدم تقارنی) بین مقادیر مادی و پاد مادی باریونها میتواند نتیجه ی نقض CP باشد و این همان چیزی است که محققان کشف کرده اند.
مطابق گزارش تیم تحقیقاتی داده های LHCb مقدار معناداری از عدم تقارن به میزان ۲۰ درصد را در این آزمایش آشکار کرد. هر چند نتایج این آزمایش بسیار هیجان انگیز بوده و می تواند به معنی حل یکی از مهمترین اسرار فیزیک مدرن باشد اما هنوز نتیجه نهایی حاصل نشده است. بر اساس گزارش سرن، برای اطمینان از تصادفی نبودن نتایج این آزمایش و اینکه آیا این نتایج یک کشف در فیزیک مدرن بوده یا نه تعداد نمونه ها کافی نبوده و به برخوردهای بیشتری نیاز می باشد. محققان در حال حاضر مشغول تحلیل داده های بیشتر و جدیدی که از شتاب دهنده ذرات جمع آوری گردیده است هستند و بنابر این برای اثبات یا رد این نتایج زمان ِ بیشتری لازم است. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature Physics منتشر شده است.

چگونه گرانش کوانتومی درک ما از جهان را تغییر می دهد فیزیک و کاربردهای فیزیک