ضدماده

فیزیکدانان در هر گوشه ای از دنیا، از ماشین هایی با تکنولوژی پیشرفته جهت تولید ذراتی که ضدماده نامیده می شوند، استفاده می کنند. فیزیکدانان بر این باور هستند که ضدماده در واقع تصویر آینه ای ماده است و تمام دنیای امروز ما فقط از ذرات مادی تشکیل شده است. همانگونه که شما و تصویرتان در آینه کاملا یکسان هستید فقط با این تفاوت که جای چپ و راست عوض شده اند، یک ذره و پادذره اش هم یکسان هستند به استثنای اینکه بار الکتریکی مخالف هم دارند.

این تحقیق، به احتمال زیاد هیچ چیز موجود را تغییر نخواهد داد و مسلما هیچ شباهتی با کرمچاله (Wormhole) ندارد. کرمچاله می تواند این امکان را برای شما فراهم کند که در یک لحظه از یک قسمت جهان به قسمت دیگر منتقل شوید. با این حال این تحقیق می تواند به دانشمندان کمک کند تا منشأ و ترکیب جهان را بشناسند. البته ذرات ضدماده کاربرد علمی هم پیدا کرده اند به عنوان مثال در تجهیزات پزشکی که برای تصویربرداری از مغز جهت نشان دادن فعالیت ذهنی به کار می رود، ضدذرات نقش مهمی دارند. تا به حال عده کمی از مردم که اغلب آنها را هم فیزیکدانان تشکیل می دهند، توانسته اند ضدماده را مشاهده کنند.

ما بیشتر با ماده آشنا تر هستیم. آب، هوا، تلویزیون، هر آنچه که می بینیم، لمس می کنیم، می خوریم، می نوشیم و هوایی که تنفس می کنیم، همه از ذرات کوچکی که اتم نامیده می شوند، ساخته شده اند. خود اتم ها هم از ذرات به مراتب کوچکتری به نام الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده اند. الکترون ها بار الکتریکی منفی و پروتون ها بار الکتریکی مثبت دارند و نوترون ها هیچ بار الکتریکی ندارند. یک اتم معمولی از تعداد مساوی الکترون و پروتون تشکیل شده است اما تعداد نوترون ها لزوما با آنها برابر نیست. تعداد پروتون های یک اتم مشخص می کند، که نوع اتم چیست به عنوان مثال اتم هیدروژن یک پروتون و یک الکترون دارد و نوترون ندارد.

هر نوع از ذره یک پادذره هم دارد. آنتی پروتون درست مانند یک پروتون است با این تفاوت که بار الکتریکی منفی دارد. یک پوزیترون (آنتی الکترون) از همه لحاظ مانند الکترون است به استثنای اینکه بار الکتریکی مثبت دارد. هر گاه که پروتون و آنتی پروتون به هم برسند یا هنگامی که الکترون و پوزیترون با هم برخورد کنند، همدیگر را نابود می کنند و این نابودی منجر به تولید انرژی می شود.

رالف لاندائو فیزیکدان در سرن سوئیس می گوید: هنگامی که درباره ضدماده با همکارانم صحبت می کنم آنها خیلی در این باره هیجان زده نمی شوند و معمولا می پرسند که ضدذره جدید کدام است و چگونه رفتار می کند. اما هنگامی که با افرادی غیر از فیزیکدانان صحبت می کنم آنها با چشمانی خیره از تعجب نگاه می کنند و انگار با مسائلی کاملا غیر عادی مواجه شده اند. در آزمایشگاه سرن، لاندائو عضو گروهی است که ATHENA نامیده می شود. این گروه فیزیکدانان برای اولین بار موفق شدند پوزیترون و آنتی پروتون را به هم اتصال دهند. نتیجه این اتصال تولید اتم آنتی هیدروژن بود که همانا ساده ترین آنتی اتم است. اصول نظری ساخت ضد ماده بسیار ساده است اما در عمل تجهیزات لازم، بسیار پیشرفته و البته گران هستند. دانشمندان در سرن از یک نوع ماشین مخصوص، برای تولید ضد ماده استفاده می کنند. معمولا هنگامی که این پاد ذره ها ایجاد می شوند، انرژی زیادی دارند.

به همین خاطر در داخل ماشین، آنها را در تونل هایی دایره ای به حرکت درمی آورند. در بدو حرکت این پادذره ها در هر ثانیه یک میلیون دور در تونل حرکت می کنند اما با کمک میدان های الکتریکی و مغناطیسی سرعت آنها را کاهش می دهند و هنگامی که ضد ذره ها از حرکت باز ایستادند آنها را حفظ می کنند تا با ضدذره های دیگر ترکیب کنند و آنتی اتم به دست آورند. تا به حال آنتی هیدروژن اولین آنتی اتمی است که توسط انسان خلق شده است. تکه های ضد ماده ساخته شده توسط انسان می تواند پنجره ای رو به سوی لحظه های آغازین زمان باشد. لاندائو می گوید: یکی از بزرگ ترین اسرار جهان این است که هنوز مکانی که شامل ضد ماده باشد پیدا نشده است البته شاید شما هرگز درباره این موضوع شبی را با بی خوابی سپری نکرده باشید اما فیزیکدانان با این قضیه درگیر هستند. یک دلیل را برای لزوم اندیشیدن درباره ضد ماده بیان می کنیم.

بسیاری از فیزیکدانان بر این باور هستند که اگر جهان از انفجار بزرگ که Big Bang نامیده می شود، به وجود آمده است باید مقدار ماده و ضد ماده در جهان به یک اندازه تولید شده باشد. اما می دانیم که هر گاه ماده و ضد ماده با هم برخورد کنند همدیگر را خنثی می کنند و هر دو نابود می شوند. بنابراین می بایست طی اولین چند میلی ثانیه عمر جهان، پس از انفجار بزرگ این دو نوع ذره به هم می رسیدند و همدیگر را نابود می کردند. اما چنین نشده است شاید به این خاطر که در آغاز پیدایش جهان مقدار ماده اندکی بیشتر از ضدماده بوده است. لذا موقع برخورد این دو نوع ذره، تمام ضدماده نابود شده است و ماده باقی مانده، تمام جهان امروز را تشکیل داده است.

دانشمندان می خواهند دریابند که چه چیز باعث عدم تعادل ماده و ضدماده در ابتدای پیدایش جهان شده است. برای این منظور آنها آنتی اتم ها را مورد بررسی قرار می دهند و با اتم ها مقایسه می کنند و در جست وجوی تفاوتی ولو کوچک میان آنها هستند. این سئوالات بسیار مهم هستند زیرا اگر هیچ عدم تعادلی میان ماده و ضدماده نبود، ما در حال حاضر وجود نداشتیم. روند پروژه کند است البته به خاطر نارسایی تکنولوژی موجود. محققان ATHENA می توانند در هر ثانیه ۱۰۰ اتم آنتی هیدروژن بسازند. با این سرعت، ساخت یک گرم آنتی هیدروژن چندین میلیارد سال به طول می انجامد و این زمان بیشتر از عمر جهان است. از طرفی دیگر ذخیره ضدماده نیز بسیار دشوار است زیرا به محض آنکه ضدماده با ماده تماس پیدا کند نابود می شود.

محققان در این اندیشه هستند که چگونه آنتی اتم های بیشتری بسازند، آنها را به دام بیندازند و برای مدت طولانی نگه دارند. البته این احتمال هم وجود دارد که مقادیر بزرگی از ضدماده در مکان هایی دور دست در فضای بیرون به شکل ضدستاره یا ضدکهکشان وجود داشته باشد. اما کاوش های طولانی هنوز چیزی را نشان نداده است. اما لاندائو هنوز امید خود را در این باره از دست نداده است. این امکان هم وجود دارد که جهان های دیگری وجود داشته باشند که ما قادر به دیدن آنها نباشیم و در آنجا برتری با ضدماده باشد. اما اینکه چرا حداقل یک مورد شبیه آن جهان در این بخش از جهان ما وجود ندارد هنوز یک راز است.