مفهوم پادماده، طرفداران علمی‌تخیلی را برای سال‌ها خوشحال کرده، اما برای فیزیکدانان نیز یک سوال واقعی بوده است. براساس نظریات ریاضی، منطقی است که برای هر نوع ذره در جهان یک عنصر متناظر با بار مخالف وجود دارد. برای مثال الکترون را در نظر بگیرید که بر اساس این نظریه باید یک پادماده با بار مخالف (با نام پوزیترون) داشته باشد، هنگامی‌که پادماده و ماده در تماس قرار می‌گیرند، هر دو یکدیگر را در یک انفجار سریع انرژی از بین می‌برند.
وقتی انفجار بزرگ اتفاق افتاد، مقادیر مساوی ماده و پادماده را ایجاد نمود. و در عین حال ماده در همه جا وجود دارد و امروزه در جهان ما تقریبا هیچ پادماده‌ای وجود ندارد. چرا اینطور است؟
یک آزمایش جدید از سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای (CERN) این سوال را با در نظر گرفتن اینکه ماده و پادماده می‌تواند به میدان گرانشی زمین واکنش نشان دهند، پاسخ داده است. فیزیکدانان فکر می‌کنند که پادماده می‌تواند با میزان متفاوتی نسبت به ماده دچار واپاشی شود و به توضیح اینکه چرا کمتر شایع است، کمک می‌کند. اما برای آزمایش آنها نیاز به ایجاد ذرات پادماده مانند اتم‌های پوزیترونیم دارند. این‌ها جفتی متشکل از یک الکترون و یک پوزیترون هستند، اما فقط برای کسری از یک ثانیه (به صورت دقیق ۱۴۲ نانو ثانیه) وجود دارند، بنابراین زمان کافی برای انجام آزمایشات روی آنها نیست.
موفقیت سرن در ایجاد اتم‌های پوزیترونیم است که بسیار طولانی‌تر وجود دارند (۱۱۴۰ نانو ثانیه). آنها همچنین توانسته‌اند سرعت اتم‌های پوزیترونیم ایجاد شده را مشاهده کنند، آنها بین ۷۰ تا ۱۲۰ کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کنند که باعث می‌شود آزمایش بر روی آنها آسان‌تر شود. دانشمندان این کار را با استفاده از “مبدل پوزیترون به پوزیترونیم” انجام دادند که یک اشعه لیزر ماوراء بنفش را ارسال می‌کند تا انرژی بیشتری را برای پوزیترون به ارمغان بیاورد.
در نهایت دانشمندان می‌توانند از این اتم‌های پوزیترونیم با عمر بالا در آزمایشات استفاده کنند تا ببینند که چگونه به گرانش واکنش نشان می‌دهند. اما ابتدا باید آنها را بررسی کنند تا ببینند که آیا اتم‌های ایجاد شده از نظر الکتریکی خنثی هستند یا خیر. خوشبختانه این آزمایش بدون استفاده از شتاب دهنده‌ی سرن که در حال حاضر برای یک برنامه ارتقاء دو ساله بسته شده است، می‌تواند انجام شود. اکثر آزمایشات در سرن نیاز به استفاده از شتاب دهنده برای ایجاد پرتو پوزیترون دارند، اما آزمایش این پوزیترونیم حتی ممکن است در طول دوره خاموش بودن شتاب‌دهنده ادامه یابد.
یافته‌های این آزمایش در مجله Physical Review A منتشر شده است.
نظرات