بیگ بنگ: دانشمندان برای اولین‌بار یک آزمایش فیزیکی نمادین را با پوزیترون– پاماده‌ای از الکترون، یکی از ذرات بنیادی – انجام دادند. نه تنها آنها به نتایج جالبی دست پیدا کردند، بلکه این دستاورد می‌تواند اولین مرحله در کشفیات انقلابی باشد.

به گزارش بیگ بنگ، این آزمایش – یک نسخۀ پادماده از آزمایش معروف دو شکاف – توسط محققان سوئیسی و ایتالیایی اجرا شد تا سیر جدیدی از آزمایشات فوق ِ حساس آغاز گردد؛ آزمایشاتی که اسرار دو حیطه‌ از ماده در جهان را برملا می‌کنند. زندگی روزانۀ ما توسط یک شکل احاطه شده که آن را ماده می‌نامیم. اما هر عضوی از خانوادۀ ذرات بنیادی دارای یک دوقلوی پادماده است که بیشترین خصوصیات آنها مشترک می‌باشد، جدا از یک بارِ معکوس و چند تلنگر کوانتومی دیگر.

اگر دو نوع ماده را کنار هم قرار دهید خواهید دید که در یک انفجار پرانرژی محو می‌شوند و سئوالات جالبی را مطرح می‌کنند. اگر با یک ماده احاطه شده باشیم، آیا این بدین معنا است که این ماده بیشتر از پادماده وجود دارد؟ اگر اینچنین باشد، چه چیزی این مسئله را خاص می‌کند؟ تاکنون بهترین تلاش‌های ما برای یافتن پاسخ‌ نتوانستند حتی کوچکترین نشانه‌ای از آن را کشف کنند. دو حیطه از ماده هنوز به دلایلی معنادار یکسان هستند.

بر اساس مدل استاندارد فیزیک ذره‌ای، پادماده‌ دقیقأ همانند مادۀ معمولی باید از قوانین گرانش پیروی کند. تعداد زیادی از تلاش‌های آزمایشگاهی برای مقایسه‌ دو نوع ماده از این نظریه پشتیبانی می‌کنند. این امر مانع از آن نمی‌شود که فیزیکدانان راه‌های جدیدی را برای جستجوی نقاط ضعف و هشدارها پیدا کنند؛ نه وقتی وجود جهان در معرض خطر است! حتی یک اختلاف جزئی در چگونگی گرانش پادماده می‌تواند شکاف بزرگی باشد که به آن نیاز داریم. اما گرانش نیرویی است که به صورت قوی بررسی نشده و ما را به یکی از کلاسیک‌ترین آزمایشات فیزیک نزدیک می‌کند، آزمایشی که فیزیکدانان به تازگی با ذره‌ی پادماده انجام داده‌اند. این آزمایش شامل دو روزنه است: یک ذره و کل دنیای درد ذهنی.

به مدت‌ چندین قرن آزمایش کردیم که نور چگونه از لابلای شکاف‌های باریک پنجره‌ها درون صفحه نمایش تابیده می‌شوند. 200 سال پیش، فیزیکدانی به نام توماس یانگ یک پنجرۀ دوم را موازی با اولین پنجره اضافه کرد و اثبات کرد که الگوی موج‌داری که نور بر روی دیوار پشت روزنه‌ها ایجاد کرده نشانه‌ای از این بود که نور از موج‌هایی تشکیل شده که با یکدیگر تداخل دارند.

پس از گذشت یک قرن و نیم، یک نام بزرگ دیگر در فیزیک یعنی ریچارد فاینمن با توجه به چیزی که قبلأ در مورد ماده کشف شده بود، آزمایش دو شکاف یانگ را مد نظر قرار داد. ذراتی همانند الکترون‌ها به شکل امواج احتمال وجود دارند تا زمانیکه اندازه‌گیری شوند و همراه با خواصی مثل یک پوزیترون عرضه ‌شوند. بنابراین، اگر هیچ‌کس یک الکترون را اندازه‌گیری نکند، آیا این الکترون همانند یک موج از درون هر دو شکاف عبور می‌کند، تجزیه می‌شود و اصلاح می‌گردد تا با خودش تداخل برقرار کند، درست همانند نور؟

درست است عجیب به نظر می‌رسد اما این دقیقأ همان چیزی است که رخ می‌دهد. در حالیکه آزمایشات متعددی با استفاده از جریانات الکترون‌ها در دهه‌های پیش از آزمایش فاینمن انجام شده، در سال 1989 محققان ژاپنی در هیتاچی سعی کردند الکترون‌های مجزا را تک تک در یک صفحه نمایش شلیک کنند. از آن زمان به بعد، همین عجیب بودنِ کوانتومی در تمام انواع ذرات جامد از جمله کل مولکول‌ها نیز مشاهده شده است. یعنی اجزای ماده، مهم نیست چقدر بزرگ باشند، همگی رفتاری شبیه موج دارند.

پادماده یک داستان دیگر است. پادماده آسان‌ترین ماده در جهان نیست، بنابراین درحالیکه به طور نظری باید شبیه موج رفتار کند، اما هرگز چنین چیزی در آن مشاهده نشده است. برای انجام آزمایش، محققان از تسهیلات موجود در ایتالیا به نام آزمایشگاه نانوساختار اپیتاکسی و اسپینترونیکس در سیلیکون یا L-NESS استفاده کردند. پوزیترون‌ها – الکترون‌هایی با بار مثبت بجای منفی – از یک ماده‌ی رادیواکتیوِ در حال فروپاشی فیلتر شدند و در یک تنظیماتِ دو مرحله‌ای به نام اینترفرومتر Talbot-Lau جریان پیدا کردند.

این کمی پیچیده‌تر از یک صفحه نمایش توری دو روزنه‌ای است اما در پایان همان هست. فیزیکدانان پس از 22 ساعت تابش پوزیترون الگوی موج‌دار آن را تجزیه و تحلیل کردند تا نشان دهند که وقتی هیچکس در حال تماشا نباشد، پوزیترون‌های انفرادی شبیه موج عمل می‌کنند، درست همانند مادۀ معمولی. در حال حاضر، این یک اثبات مفهومی است، بجای اینکه شواهدی قطعی باشد که برای مقایسه‌ی ماده با پادماده از آن استفاده شود. همچنین محققان دیگر نیز باید آن را مرور کنند و برای همه در وب سایت arxiv.org در دسترس است.

اما این یک مرحلۀ هیجان‌انگیز به سوی یک فصل جدید در تحقیق پادماده است. اگر پوزیترون‌ها کوچکترین تفاوت را در کشش گرانشی تجربه کنند، به ابزار حساسی برای یافتن آن نیاز پیدا خواهیم کرد. چنین آزمایشی تضمین نمی‌کند که این ناهنجاری‌ها کشف شوند، اما می‌تواند آزمایشات فوق حساسی را ایجاد کند که برای کشف حقیقت به آنها نیاز داریم. الگوهای تداخل همان چیزی هستند که برای کشف کوچکترین تکانِ ناشی از امواج گرانشی احتیاج داریم. مرحلۀ بعدی جمع‌آوری داده‌های بیشتر است که توضیح می‌دهد چرا بجای هیچ، یک چیزی وجود دارد. خوشبختانه خیلی دور نیست – به شدت تلاش می‌کنیم تا کشف کنیم چرا اینجا هستیم.

ترجمه: سحر الله وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com