دانشمندان سنگین ترین هسته ضد ماده ای را که تاکنون در یک شتاب دهنده ذرات پنهان شده است، مشاهده کرده اند.
ضد ماده سنگین وزن که آنتی هیپرهیدروژن-۴ نام دارد از یک پاد پروتون، دو پاد نوترون و یک پادهایپرون (باریون حاوی کوارک عجیب) تشکیل شده است. فیزیکدانان ردپایی از این پادماده را در میان مسیرهای ذره ای از برخورد ۶ میلیاردی در برخورد دهنده یون سنگین نسبیتی (RHIC) در آزمایشگاه ملی بروکهاون در نیویورک پیدا کردند.
با مطالعه این ذره عجیب، فیزیکدانان امیدوارند که برخی از تفاوت های کلیدی بین ماده و پادماده را کشف کنند، که ممکن است به توضیح اینکه چرا جهان ما اکنون با ماده پر شده است، با توجه به اینکه پادماده در مقادیر مساوی در آغاز زمان ایجاد شده است، کمک کند. محققان یافته های خود را در ۳۱ مرداد در مجله Nature منتشر کردند.
‘دانش فیزیکی ما درباره ماده و پاد ماده این است که به جز داشتن بارهای الکتریکی مخالف، پاد ماده دارای همان خواص ماده است – جرم یکسان، طول عمر قبل از فروپاشی و برهمکنشهای مشابه.’ یکی از نویسندگان مطالعه، جونلین وو، یک دانشجوی کارشناسی ارشد در دپارتمان مشترک فیزیک هستهای دانشگاه لانژو و موسسه فیزیک مدرن چین در بیانیهای اعلام کردند. چرا جهان ما تحت سلطه ماده است، هنوز سوالی است که پاسخ کاملی برای آن نداریم.
بر اساس مدل استاندارد کیهان شناسی، پس از انفجار بزرگ، کیهان جوان یک آبگوشت پلاسمایی در حال چرخش از ماده و ذرات پادماده بود که به وجود آمدند و در هنگام تماس یکدیگر را نابود کردند.
تئوری پیشبینی میکند که ماده و پادماده درون این سوپ پلاسما باید به طور کامل یکدیگر را از بین ببرند. اما دانشمندان بر این باورند که برخی عدم تعادل ناشناخته باعث شد تا ماده بیش از پادماده تولید شود و جهان را از نابودی خود نجات دهد.
برای بررسی اینکه چه چیزی می تواند باعث این عدم تعادل شود، محققانی که در این مطالعه جدید انجام شده اند، ذرات ضد ماده را از یک شبیه ساز کوچک بیگ بنگ تولید کردند. برخورد دهنده RHIC میلیاردها یون سنگین (هستههای اتمی که از الکترونهایشان جدا شدهاند) را به یکدیگر پرتاب میکند و یک سوپ پلاسما ایجاد میکند که از آن عناصر اولیه کیهان ما برای مدت کوتاهی بیرون میآیند، ترکیب میشوند و سپس تجزیه میشوند.
برای صید ذرات جدید از دریای پلاسما، فیزیکدانان به دنبال ردهای گویایی بودند که در اثر تجزیه یون ها یا تبدیل آنها به ذرات دیگر ایجاد می شد. با ردیابی مجدد مسیر این ذرات از میلیاردها رویداد برخورد، محققان تقریباً ۱۶ هسته آنتی هیپرهیدروژن-۴ را پیدا کردند.
محققان دریافتند که هم Hyperhydrogen-4 و هم مشابه ضد ماده آن antihyperhydrogen-4 به نظر می رسد خیلی سریع از وجود خود خارج می شوند. اما فیزیکدانان تفاوت قابل توجهی بین طول عمر آنها پیدا نکردند – که نشان می دهد بهترین مدل های ما که این دو نوع ذره را توصیف می کنند، صحیح هستند.
امیلی داکورث، یکی از نویسندگان این مطالعه، دانشجوی دکترا در دانشگاه ایالتی کنت، «اگر قرار بود شاهد نقض [این خاص] تقارن باشیم، اساساً باید بسیاری از چیزهایی که در مورد فیزیک میدانیم را از پنجره بیرون بیاوریم». در بیانیه گفته شده است.
گام بعدی دانشمندان مقایسه جرم پادذرات و ذرات متضاد آنها خواهد بود، که امیدوارند بتواند سرنخ هایی را در مورد چگونگی پیدایش جهان ماده سنگین ما نشان دهد.
