ایجاد سنگین‌ترین توده‌های ذرات پادماده در یک اتم شکن

به گزارش قاب خبر: فیزیکدانان سنگین‌ترین توده‌های ذرات پادماده را که تاکنون شناسایی شده‌اند، در یک اتم‌شکن ایجاد کرده‌اند.

این چیز عجیب که به عنوان «آنتی‌هیاپرهیدروژن-۴» شناخته می‌شود، می‌تواند به ما کمک کند تا برخی از گیج کننده‌ترین اسرار فیزیک را حل کنیم.

پادماده اساساً همان ماده است که باری مخالف دارد. با اینکه این تفاوت چندان هیجان‌انگیز به نظر نمی‌رسد، اما پیامدهای عظیمی از همین تفاوت ساده وجود دارد.

مثلا هر زمان که ماده و پادماده به هم می‌رسند، یکدیگر را در یک انفجار انرژی نابود می‌کنند. اگر بتوانیم آن را مهار کنیم، می‌توانیم کارآمدترین موتورهای فضاپیما یا مخرب‌ترین سلاح‌ها را بسازیم.

در هر صورت، هر ذره‌ای یک پادذره دارد و اینها باید بتوانند با هم گروه شوند تا پاداتم‌های بزرگتری از عناصر آشنا را تشکیل دهند.

تاکنون پادهیدروژن و پادهلیوم تولید شده‌اند، اما از نظر تئوری باید یک جدول کامل پاد تناوبی وجود داشته باشد.

اکنون دانشمندان سنگین‌ترین هسته پادماده تاکنون را تولید کرده‌اند، ماده‌ای که به نام آنتی‌هایپرهیدروژن-۴ شناخته می‌شود. این ماده از یک پادپروتون، دو پادنوترون و یک پادهایپرون تشکیل شده است.

در حالی که پروتون‌ها و نوترون‌ها به خوبی شناخته شده‌اند، هایپرون‌ها که نسخه کمی سنگین‌تر از یک نوترون هستند، کمتر شناخته شده‌اند.

این پادهسته‌ها در برخورددهنده یون سنگین نسبیتی(RHIC) که یک شتاب‌دهنده ذرات است که شرایط جهان اولیه را بازسازی می‌کند، تولید شدند.

در این برخورد دهنده، عناصر سنگین با هم برخورد داده می‌شوند تا بارانی از ذرات جدید، از جمله برخی از ذرات پادماده را تولید کنند.

در موارد بسیار نادر، برخی از این ذرات پادماده به هم می‌رسند و پادهسته‌های پیچیده‌تری را تشکیل می‌دهند. در واقع، در میان میلیاردها ذره تولید شده در این برخوردها، تنها ۱۶ هسته آنتی‌هایپرهیدروژن-۴ شناسایی شد.

لیجوان روآن یکی از پژوهشگران این پروژه گفت: تنها می‌توان شانسی و تصادفی به این رسید که این چهار ذره سازنده از برخوردهای RHIC به اندازه کافی نزدیک به هم ظاهر شوند و بتوانند با هم ترکیب شوند و این پادهایپرهسته را تشکیل دهند.

شناسایی آنها آسان نیست، چرا که این هسته‌های آنتی‌هایپرهیدروژن-۴ ظرف حدود یک دهم نانوثانیه تجزیه می‌شوند. در عوض، ابزارها ذراتی را که در آنها فروپاشی می‌کنند، شناسایی می‌کنند و مسیر آنها را به عقب می‌برند تا ببینند آیا آنها یک دوره کوتاه را با هم در یک هسته گذرانده‌اند و آیا مسافت مشخصی را پس از برخورد اتم‌های سنگین اولیه طی کرده‌اند؟

این تیم از ردیابی‌های خود توانست طول عمر آنتی‌هایپرهیدروژن-۴ را با هایپرهیدروژن-۴ مقایسه کند و به نظر می‌رسد که آنها یکسان هستند. همین انتظار می‌رفت، زیرا ماده و پادماده عناصر مشابه و فقط متفاوت در بار هستند.

اما این احتمال وجود دارد که تفاوت‌های دیگری وجود داشته باشد که به فیزیک فراتر از مدل استاندارد اشاره کند.

درک بهتر پادماده می‌تواند به ما در پاسخ به یکی از عمیق‌ترین مسائل فیزیک کمک کند.

اینکه چرا اینجا هستیم؟ بهترین مدل‌های ما نشان می‌دهد که ماده و پادماده باید به مقدار مساوی در مه‌بانگ ایجاد شده باشند، اما اگر اینطور بود، رویدادهای نابودگر مداوم اساساً تاکنون باید جهان را خالی می‌کرد.

از آنجایی که بدیهی است که این اتفاق نیفتاده است، باید یک عدم تعادل کوچک وجود داشته باشد که بیش از پادماده، ماده ایجاد کرده است و مطالعه تفاوت‌های بین این دو می‌تواند به ما کمک کند تا دریابیم که باید به دنبال چه چیزی باشیم.

گام‌های بعدی در تحقیق و بررسی تفاوت در جرم این ذرات و پادذرات است.

این مطالعه در مجله معتبر Nature منتشر شده است.