اولین نشانه از متفاوت بودن رفتار ماده با پاد ماده

0
651

بیگ بنگ: یکی از بزرگترین اسرار در دنیای فیزیک، دلیل وجود ماده در جهان است. شاید گروهی از فیزیکدانان در بزرگترین برخورد دهنده اتمی جهان یک گام به پاسخ پرسش فوق نزدیک شده اند. آنان دریافتند که ذرات موجود در یک دسته (مثل پروتون ها و نوترون هایی که در ساختار چیزهای آشنایی یافت می شوند) رفتار نسبتا متفاوتی با همتایان پاد ماده شان دارند.

به گزارش بیگ بنگ، گرچه ماده و پاد ماده از ویژگی های یکسانی برخوردارند، ولی ذرات پاد ماده بارهایی را حمل می کنند که با بارهای ماده فرق دارد. برای مثال، پروتون ها در یک قطعه آهن دارای بار مثبت و الکترون ها دارای بار منفی هستند. اما در توده ای از پاد ماده، آهن می تواند دارای پاد پروتون هایی با بار منفی و پاد الکترون هایی با بار مثبت (پوزیترون) داشته باشد. اگر ماده و پاد ماده با یکدیگر برخورد کنند، یکدیگر را از بین برده و به فوتون یا ذراتی معروف به نوترينو تبدیل می شوند. در غیر این صورت، ماده و پاد ماده باید به طریق مشابهی عمل نمایند و شکل مشابهی هم داشته باشند؛ پدیده ای که تقارن بار-همزادی (CP) نامگذاری شده است.

علاوه بر رفتار مشابه، تقارن بار-همزادی بر این نکته دلالت می کند که مقدار ماده و پاد مادهٔ تشکیل شده در اثر بیگ بنگ نیز باید برابر باشد. این واقعه در حدود 13.7 میلیارد سال پیش روی داد. خب مشخصاً این طور نیست. اگر این ادعا صحت داشت، کُل ماده و پاد ماده موجود در جهان در همان زمان آغاز نابود می گشت و حتی انسان ها اینجا نمی بودند. اما اگر این تقارن نقض می شد (یعنی اگر پاد ماده رفتار نسبتا متفاوتی با ماده نشان می داد)، شاید تفاوت یاد شده می توانست دلیل وجود ماده را در دنیای امروز توضیح دهد.

فیزیکدانان در جستجو برای یافتن موردی جهت نقض “تقارن-همزادی” در برخورد دهنده هادرونى بزرگ هستند، این محققان ذره ای موسوم به ذره سنگین لامبدا-بی(lambda-b) را مورد بررسی قرار دادند. ذرات سنگین یا باريون ها شامل دسته ای از ذرات می شوند که ماده معمولی را تشکیل می دهند؛ پروتون ها و نوترون ها نمونه ای از باريون ها هستند. باريون ها از کوارک و باريون های پاد ماده از پاد کوارک تشکیل شده اند. هر دوی کوارک ها و پاد کوارک ها از بالا، پایین، strange و charm تشکیل یافته اند. اما “لامبدا-بی” یک بالا، یک پایین و یک کوارک تحتانی دارد. پروتون دارای دو بالا، یک پایین و نوترون دارای دو پایین و یک کوارک بالا می باشد.

اگر لامبدا و برادر پاد ماده اش آثاری از تقارن بار-همزادی نشان بدهند، انتظار میرود به شکل یکسانی رو به زوال بگذارند. در عوض، تیم پژوهشی دریافت که ذرات لامدا-بی و پاد لامدا-بی به شیوه متفاوتی فرو پاشیدند. لامبدا به دو روش از هم می پاشد: یا به یک پروتون و دو ذره باردار به نام های مزون های pi و یا به یک پروتون و دو ذره مزون (کائون) تجزیه می شود. زمانیکه ذرات فرو می پاشند، ذرات دُخترچه شان را در مجموعه خاصی از زوایا به بیرون می افکنند. لامبداهای ماده و پاد ماده نیز همین روند را پشت سر گذاشتند، اما زوایا فرق داشتند.

این نخستین بار نیست که ماده و پاد ماده رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. دانشمندان در دههٔ 1960 میلادی کائون ها را مورد مطالعه قرار دادند؛ کائون ها روش تجزیه متفاوتی با پاد ماده داشتند. مزون های b که از یک کوارک پایین و یک پایین، بالا، کوارک strange یا charm تشکیل یافته اند، رفتار ناقض مشابهی دارند. اما مزون ها دقیقاً مشابه باريون ها نیستند. مزون ها جفت هایی از کوارک ها و پاد کوارک ها محسوب می شوند. باريون ها فقط از کوارک های معمولی و پاد باريون ها فقط از پاد کوارک ها تشکیل شده اند. عدم مطابقت میان روش فروپاشی باريون و پاد باريون هرگز در گذشته مشاهده نشده بود.

مارچين کوچارزيک، استادیار در مؤسسه فیزیک هسته ای آکادمی علوم لهستان که در آزمایش مربوط به برخورد دهندهء هادرونى بزرگ به همکاری پرداخت، می گوید: ما اکنون چیزی برای باريون ها داریم. ما به یافته جالبی درباره ذرات مسون رسیدیم. اما نتایج به قدرت کافی مستدل نبودند که بتوان بعنوان یک اکتشاف قلمداد کرد. معیار معناداری آماری از دیدگاه فیزیکدان ها معادل 5 سيگما بود. معناداری آماری روشی برای بررسی احتمال وقوع تصادفی میباشد.

سيگما به انحراف معیار اشاره می کند و عدد پنج به این معناست که احتمال حصول تصادفی نتایج “یک در سه و نیم میلیون” می باشد. این آزمایش به 3.3 سيگما دست یافت که مقدار خوبي است. یعنی احتمال وقوع تصادفی مشاهدات عبارتست از یک در 4200. این یافته ها را نمی توان جواب کاملی به چرایی حکمرانی ماده بر جهان تلقی کرد. کوچارزيک بیان کرد: امکان توضیح کامل عدم تقارن با این یافته ها وجود ندارد. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریه Nature Physics منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.