چرا سرد کردن پاد ماده کار سختی است؟

ما هنوز در حال جست‌و‌جو برای فهمیدن ماهیت پاد‌ماده هستیم؛ اما دانشمندان در حال آماده‌ کردن خودشان برای فهمیدن ماهیت آن هستند.

فیزیکدانان موسسه‌ی پژوهش‌ها‌ی فیزیک هسته‌ای اروپا (CERN) یک قدم به سرد‌کردن پاد‌ماده با استفاده از لیزر نزدیک شده‌اند. این رویداد می‌تواند برای حل معما‌ی پاد‌ماده بسیار مهم باشد.

این دانشمندان روز چهار‌شنبه پژوهش خود را در مجله‌ی Nature منتشر کردند.

پاد‌ماده ضرورتا ضد ماده‌ی معمولی است. در حالی که پروتون بار مثبت دارد، پاد‌ماده‌ی آن جرمی برابر با جرم پروتون و بار منفی دارد.  الکترون و پاد‌ذره‌ی مربوط به آن یعنی پوزیترون، جرم یکسانی دارند. تنها تفاوتی میان آن‌‌‌ها در بار آن‌ها است (بار منفی برای الکترون و بار مثبت برای پوزیترون). زمانی که ذره با پاد‌ذره‌ی خودش برخورد می‌کند، این دو ذره یکدیگر را نابود می‌کنند.

طبق نظریات موجود، انفجار بزرگ یا بیگ بنگ باید میزان یکسانی از ماده و پاد‌ماده تولید کرده‌ باشد. در این صورت، این دو مقدار یکسان ماده و پاد‌ماده باید در جا یکدیگر را نابود می‌کردند.

اما این اتفاق نیفتاده است. به‌نظر می‌رسد که میزان ماده در جهان از میزان پاد‌ماده بیش‌تر است.

در حقیقت، دانشمندان درمورد دلیل آن نظری ندارند و به‌دلیل سختی مطالعه‌ی پاد‌ماده در طبیعت، راه حلی نیز برای مطالعه‌ی بیش‌تر در این مورد نیز پیدا نکرده‌اند. بنابر‌این پژوهشگران در تلاش هستند تا بتوانند پاد‌ماده را سرد کنند و آن را بهتر بررسی کنند.

پژوهشگران با استفاده از دستگاهی به‌نام ماشین فیزیکی لیزر آنتی هیدروژن (ALPHA) توانستند پاد پروتون را با پوزیترون ترکیب کرده و اتم‌ها‌ی پاد هیدروژن را بسازند.

سپس صد‌ها اتم پاد هیدروژن را به‌صورت مغناطیسی در یک محیط خلا محبوس کردند و با استفاده از پالس‌‌ها‌ی لیزری، آن‌ها را به حرکت وادار کردند. این فرایند باعث شد که اتم‌‌ها‌ی پاد هیدروژن تابش لیمان آلفا گسیل کنند.  یکی از پژوهشگران به‌نام تاکاماسا ماموس گفت:

اصلی‌ترین و مهم‌ترین گذاری که در اتم هیدروژن معمولی اتفاق می‌افتد و باز‌سازی این رویداد درمورد اتم‌ها‌ی پاد هیدروژن دریچه‌ی مهمی در علم پاد‌ماده باز می‌کند.

طبق نظر ماموس، این فرایند، یک گام بسیار مهم در راستا‌ی سرد‌کردن پاد هیدروژن است.

پژوهشگران مدت‌ها برای سرد‌ کردن اتم‌ها از لیزر استفاده کرده‌اند و این کار مطالعه‌ی این اتم‌ها را ساده‌تر می‌کند. اگر بتوانیم از همین روش برای سرد‌‌کردن اتم‌ها‌ی پاد‌ماده نیز استفاده کنیم، بهتر می‌توانیم آن‌ها را مطالعه کنیم.

دانشمندان می‌توانند اندازه‌گیری‌ها‌ی دقیق‌تری انجام‌ دهند و یکی دیگر از معما‌ها‌ی مهم و حل‌نشده‌ی جهان را حل کنند: فهمیدن چگونگی بر‌هم‌کنش پاد‌ماده با گرانش.

برنامه‌ی این تیم برای آینده این است که بتوانند پاد‌ماده را سرد‌ کنند. اگر موفق باشند، می‌توانند معما‌ها‌ی مهمی در مورد جهان را حل‌کنند.