در جستجوی رازهای پاد ماده

یکی از بزرگترین سؤالات بی‌پاسخ کیهان شناسی این است که – چرا اصلاً چیزی وجود دارد؟ به عبارت دیگر، پادماده‌ای که همراه با این همه ماده، ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش به وجود آمد، کجاست؟ اگر بیگ‌ بنگ، به یک اندازه ماده و پادماده در جهان ما گسترانده – چیزی که مدل‌های فعلی‌مان به ما میگویند – پس چرا در جهان ِ امروز فقط ماده باقی مانده است؟ چرا جهان امروز سرزمینی مملوء از انرژی‌ – که از خنثی شدن ماده و پادماده متولد می شود – نیست؟


تصویری از زمینه‌ی فراژرف هابل – به جز چند ستاره، باقی لکه‌های نور هرکدام یک کهکشان‌اند – برخی با سن ۱۳٫۲ میلیارد سال
به گزارش بیگ بنگ، دانشمندان معتقدند که لزوماً تفاوتی بنیادی میان ماده و پادماده وجود دارد. تفاوتی که باعث برتری ماده بر پادماده در رقابت برای بقا شده است. دو راه وجود دارد. یا اینکه بیگ‌بنگ به قدر کافی عادل نبوده و از ابتدا ماده‌ی بیشتری تولید کرده، یا نوعی عدم‌تقارن کشف نشده‌ای میان ماده و پادماده در کار است که ما از آن بی‌اطلاع هستیم. به همین علت، دانشمندان به دنبال یافتن نقضی میان درهم‌ریختن بار، تبدیل توازن، معکوس‌پذیری زمانی ماده و پادماده‌اند (یعنی یافتن نقضی در CPT). سی‌پی‌تی اصول پایه‌ای از یک مدل فیزیک برای ذرات است که در دل این اصول، اگر شما ماده‌ای را با پادماده‌اش جایگزین کنید، قوانین فیزیک همچنان ثابت و پابرجا میمانند. اگرچه بار ماده و حتی مختصات فضایی‌اش به کل قرینه شده باشند.

در ماه نوامبر ۲۰۱۶، محققان وابسته به انجمن ASACUSA در سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای (سرن) اعلام کردند که موفق به اندازه‌گیری دقیق‌تر جرم پادپروتون نسبت به قبل شده‌اند – پادپروتون جرمی به اندازه‌ی پروتون و باری به قدر الکترون دارد – و حال دانشمندان، با کار روی آزمایش تقارن باریون-پادباریون (BASE)، موفق به افزایش دقت اندازه‌گیری گشتاور مغناطیسی تا شش‌ برابر بیشتر از قبل شدند. گشتاور مغناطیسی یک پروتون با اسپین آن، که خود ذاتاً یک نوع از گشتاور زاویه‌ای، متناسب است. دانشمندان اعتقاد دارند که اگر گشتاور مغناطیسی پادماده‌ها را اندازه بگیرند و مقادیر حاصل را با گشتاور خود ماده مقایسه کنند، نقض‌هایی در تقارن سی‌پی‌تی یافت میشود.

به منظور انجام این اندازه‌گیری‌ها، محققان توسط سیستم کاهنده‌ی پادپروتون، پروتون‌هایی تولید کردند و در دام‌های بسته‌ای محبوس ساختند. دام‌هایی که به وسیله‌ی ایجاد یک میدان مغناطیسی خیلی قوی، موفق به محبوس کردن ذرات می شوند. این کار به آنها اجازه داد تا پادپروتون‌های مجزا را تفکیک کنند و سپس به دمای نزدیک به صفر درجه‌ی کلوین وارد کنند. نتیجه‌ی این اندازه‌گیری‌ها، یکسان بودن گشتاور مغناطیسی پروتون و پادپروتون است. البته با صرف نظر از خطای آزمایش که ۰٫۸ بر میلیون میباشد. این نتیجه باعث بهبود شش برابری دقیق‌ترین اندازه‌گیری قبلی است که اتفاقاً آن‌هم توسط کاهنده‌ی پادپروتون صورت گرفته بود.

استفان اولمر، سخنگوی گروه BASE میگوید: «ما شاهد تناقضی عمیق در مدل استاندارد فیزیک ذرات هستیم. مدلی که طبق آن، پروتون و پادپروتون دقیقاً انعکاس یکدیگرند، ولی در حقیقت در ابعاد کیهان‌شناسان، تفاوتی آشکار میان میزان ماده و پادماده دیده می شود.» وی افزود: «آزمایش ما، که شش برابر دقیق‌تر از هر آزمایش دیگری است که تاکنون صورت گرفته، نشان داد که مدل استاندارد همچنان پابرجاست و ظاهراً تفاوتی میان گشتاور مغناطیسی پروتون/پادپروتون (تا حد عدم‌قطعیت اندازه‌گیری) وجود ندارد. ما هیچ مدرکی برای نقض CPT نیافتیم.» هدف بعدی محققان، تصحیح بیش‌ از‌ پیش دقت اندازه‌گیری تا یک‌ میلیاردم است. اگر در آینده دلیلی بر نقض CPT پیدا شود، شاید پاسخ اساسی‌ترین سؤال کیهان‌شناسی پاسخ داده‌ شود: چرا در جهان به جای هیچ چیز، چیزی وجود دارد؟ 

دنیای کوانتوم فیزیکدانان کریستال زمان ساختند!