میدان گرانشی زمین اتم‌هایی که مواد معمولی اطرفمان را می‌سازد به سمت پایین می‌کشد. اما هر ذره‌ای پاد ذره دارد و هر ماده‌ای پادماده‌ای. میدان گرانشی چگونه پادماده را تحت تاثیر قرار می‌دهد؟ آیا آنرا جذب می‌کند یا دفع می‌کند؟

اصل هم‌ارزی نسبیت عام می‌گوید گرانش با انرژی جفت می‌شود و گرانش تنها انرژی اجسام را می‌بیند. چون انرژی پادماده با انرژی ماده یکسان است، هر دوی این مواد به یک صورت در میدان گرانشی رفتار می‌کنند. اما این اصل در مورد پادماده‌ها تا کنون به صورت مستقیم آزمایش نشده بود. تا کنون هیچ ماده‌ای را کنار پادماده‌اش قرار نداده‌ بودیم تا به صورت آزمایشگاهی درستی اصل هم‌ارزی نسبیت عام را ببینیم.

آیا اتم‌های پادهیدروژن وزنی برابر با هیدروژن دارند؟ آیا وزن اتم‌های پادهیدروژن نباید منفی وزن اتم‌های هیدروژن باشد؟ دانشمندان آزمایشگاه برکلی و یوسی‌برکلی با تحلیل داده‌های آزمایش آلفا در سرن برهمکنش پادماده با میدان گرانشی را مستقیما اندازه گرفتند.

اکنون گروهی از دانشمندان از آزمایشگاه برکلی گزارشی مبنی بر تایید آزمایشگاهی این اصل را ارایه داده‌اند. پادماده به صورت طبیعی در روی زمین وجود ندارد. اما می‌توان پادماده‌ها را در آزمایشگاهایمان بسازیم. پادهیدروژن را اکنون در آزمایشگاه ساخته‌ایم. پادهیدروژن به حالتی گفته می‌شود که یک پوزیترون ( ذره‌ای که جرم اینرسی‌اش برابر با جرم الکترون است اما بارش مثبت است) با یک پادپرونون (ذره‌ای که جرم اینرسی‌اش برابر با جرم پروتون است اما بارش منفی است) یک حالت مقید تشکیل می دهد. آزمایش آلفا در سرن پادهیدروژن می‌سازد و این پادهیدروژن‌ها را برای هزار ثانیه در یک میدان مغناطیسی محفوظ نگاه می‌دارد و فیزیک آنها را مطالعه می‌کند. این میدان مغناطیسی یک تله‌ی مغناطیسی- شبیه به انبرکهای نوری در بیولوژی – می‌سازد و پادهیدروژن را گیر می‌اندازد. در انتها میدان مغناطیسی خاموش می‌شود و پادهیدروژن تحت تاثیر میدان گرانشی سقوطی آزاد انجام می‌دهد. پادهیدروژن آزاد به دیواره‌های محفظه‌ی محافظش برخورد می‌کند با جرقه‌ای نوری تبدیل به انرژی می‌شود. این آزمایش تاکنون ۴۳۴ پادهیدروژن ساخته است و تمام اطلاعات را ثبت کرده است. این ۴۳۴ پادهیدروژن انرژی‌ جنبشی بسیار پایین دارند. وقتی تله مغناطیسی برای بیست‌هزارم ثانیه خاموش شده، تنها ۲۳ عدد از آنها از تله‌ی مغناطیسی فرار کرده‌اند. به صورت نظری اگر مکان و سرعت اولیه پادهیدروژن گیر افتاده درون تله‌ی مغناطیسی معلوم باشد، پس از خاموش کردن تله ی مغناطیسی، زمان برخورد پادهیدروژن به دیوار به ما اطلاعاتی در مورد چگونگی تاثیر میدان گرانشی بر اتم پادهیدروژن ارایه خواهد داد. اما مساله در عمل به این سادگی نیست. یک سی‌هزارم ثانیه طول می‌کشد تا تله مغناطیسی کاملا خاموش شود. در حین خاموش شدن تله جرقه‌هایی در سرتاسر محفظه‌ی محافظ پادهیدروژن زده می‌شود. آزمایش آلفا همچنین محل دقیق اتم پادهیدروژن و سرعت اولیه آنرا اندازه نمی‌گیرد. تنها توزیع محل اتم پادهیدروژن و توزیع سرعت اولیه‌ی آنرا معین می‌کند. به همین سبب اکنون خطاهای سیستماتیک زیادی در گزارش اندازه‌گیری برهمکنش گرانشی پادهیدروژن وجود دارد.
این گزارش نشان می‌دهد در صورتیکه پادهیدروژن تحت تاثیر میدان گرانشی زمین به سمت پایین حرکت کند نسبت جرم گرانشی‌اش به جرم اینرسی‌اش بیشتر از صد و ده نمی‌تواند باشد. اگر پادهیدروژن به سمت بالا حرکت کند این نسبت نمی‌تواند بیشتر از ۶۵ باشد. فرض اصل هم‌ارزی می‌گوید این نسبت باید یک باشد، اندازه‌گیری‌های فعلی آشکارا با این فرض سازگار است. در یک تا پنج سال آینده آزمایش آلفا به آزمایش آلفا-۲ ارتقا پیدا خواهد کرد. در آزمایش آلفا-۲ اتم‌های پادهیدروژن توسط لیرز خنک خواهند شد. میدان مغناطیسی تله به آرامی خاموش خواهد گشت و پاد-اتم‌هایی با سرعت بسیار کم تولید خواهند شد. آزمایش آلفا-۲ برای این طراحی می‌شود که جرم گرانشی اتم پادهیدروژن را با دقتی بسیار بالا اندازه گیری کند.

نویسنده : آقای دکتر قاسم اکسیری فرد
Read More : http://phys.org/news/2013-04-alpha-evidence-atoms-antimatter-interact.html

http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n4/full/
ncomms2787.html