حق با اینشتین بود، آزمایش چیزی که روی زمین وجود ندارد - چاپار بلاگ

در فیلم پیشتازان فضا(Star Trek)، فضاپیمای انترپرایز(Enterprise) با استفاده از یک حرکت چرخشی که پادماده را مهار می نماید، از دل فضا می گذرد. می توان گفت که چنین فناوری در قلمرو داستان های علمی-تخیلی به جای مانده است. با وجود این، دانشمندان در حال برداشتن گام های مهمی برای درک بهتر پادماده هستند. آنها در روزهای گذشته برای اولین بار نشان دادند پادماده همان طور که انتظار می رود، به گرانش واکنش نشان می دهد. آزمایش آنها بار دیگر نظریه نسبیت عام مطرح شده به وسیله آلبرت اینشتین(Albert Einstein) را تقویت کرد.

همه چیزهایی که ما با آنها آشنا هستیم، ازجمله سیاره ها، ستاره ها و حتی آب نبات های چوبی از ماده معمولی ساخته شده اند. پادماده، دوقلوی مرموز ماده معمولی است که جرم یکسان، اما بار الکتریکی مخالف دارد. تقریبا همه ذرات زیر اتمی مانند الکترون ها و پروتون ها دارای پادماده هستند. اگرچه الکترون ها دارای بار منفی هستند، اما پادالکترون ها که پوزیترون نیز نامیده می شوند، بار مثبت دارند. به همین ترتیب، اگرچه پروتون ها دارای بار مثبت هستند، اما پادپروتون ها بار منفی دارند.

براساس نظریه کنونی، انفجار بزرگ که دنیا را شروع نموده است، احتمالا باید مقادیر مساوی ماده و پادماده را فراوری نموده باشد. با وجود این، به نظر نمی رسد که چنین باشد، بلکه به نظر می رسد پادماده بسیار کمی وجود دارد و روی زمین تقریبا هیچ مقداری از آن موجود نیست. علاوه بر این، ماده و پادماده با هم ناسازگار هستند و اگر یکدیگر را لمس نمایند، منفجر می شوند و پدیده ای به نام نابودی (annihilation) را شکل می دهند.

این آزمایش در مرکز تحقیقات هسته ای اروپا یا سرن(CERN) به وسیله پژوهشگران پروژه دستگاه بین المللی فیزیک لیزر پادهیدروژن(ALPHA) انجام شد و پادماده همتای هیدروژن را آنالیز کرد که عنصر بسیار سبکی است.

جاناتان وورتل(Jonathan Wurtele)، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی(UC Berkeley) و از پژوهشگران این پروژه، گفت: بیشتر پادماده ای که به طور طبیعی روی زمین شکل می گیرد، از پرتوهای کیهانی فراوری می گردد که با اتم های موجود در هوا برخورد می نمایند و پادماده را به وجود می آورند.

پادماده تازه ایجادشده تنها تا زمانی دوام می آورد که به یک اتم ماده معمولی در اتمسفر پایین برخورد کند. با وجود این، پادماده را می توان تحت شرایط کنترل شده فراوری کرد. این همان کاری است که در آزمایش ALPHA انجام شد و از پادهیدروژن ایجادشده در آزمایشگاه سرن استفاده کرد.

پادهیدروژن در یک محفظه خلأ استوانه ای نهاده شد و با یاری میدان های مغناطیسی در بالا و پایین به دام افتاد. دانشمندان، میدان های مغناطیسی را کاهش دادند تا پادماده را آزاد نمایند و ببینند پس از آشکار شدن تأثیر گرانش سقوط می نماید یا خیر. پادهیدروژن در شرایط مشابه، مانند هیدروژن رفتار کرد.

جوئل فاجانس(Joel Fajans)، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا برکلی و از پژوهشگران این پروژه، گفت: این نتیجه با یاری تئوری و آزمایش های غیرمستقیم پیش بینی شد که بر پدیده های ظریف تکیه داشتند، اما هیچ گروهی هرگز یک آزمایش مستقیم را انجام نداده بود که در آن پادماده به سادگی رها گردد تا ببینند به کدام سمت می افتد.

وورتل گفت: آزمایش ما تئوری های دیگر را که به افزایش پادماده در میدان گرانشی زمین احتیاج دارند، رد می نماید.

ویلیام برچه(William Bertsche) فیزیکدان دانشگاه منچستر که آزمایش هایی را در سرن انجام می دهد و به عنوان سخن گوی پروژه ALPHA کار می نماید، گفت: این یک شگفتی بزرگ بود؛ زیرا با بسیاری از نظریه ها در تضاد قابل توجهی است. من فکر می کنم این یک گواهی بر قدرت نسبیت عام و اصول آن است.

دانشمندان همچنان در حیرت کمبود پادماده در دنیا هستند. به عنوان مثال، هیچ نشانه ای از کهکشان های ساخته شده از پادماده وجود ندارد. وورتل گفت: فقدان تقریبا کامل پادماده طبیعی، یکی از پرسش های بزرگ فیزیک است.

این آزمایش با نشان دادن این که پادماده و ماده به صورت گرانشی جذب می شوند، یک شرح احتمالی برای کمیابی پادماده را رد کرد. شرح مورد نظر، این بود که پادماده در طول انفجار بزرگ به وسیله ماده دفع شده است. فاجانس گفت: هر چقدر هم که این نظریه زیبا باشد، باز هم فیزیک یک علم تجربی است.

5858