دکتر مجازی

دانشمندان قصد دارند پادماده را پشت یک وَن به گردش ببرند!

بدبختانه پادماده (Antimatter) بسیار فرّار است، ولی فیزیک‌دان‌ها کنترل آن را یاد گرفته‌اند و برای اولین بار در حال آغاز مهار کردنش با یک ابزار می‌باشند. در پروژه‌ای که از ماه گذشته شروع شده است، قرار است محققان توسط یک خودروی ون پادماده را منتقل کرده و سپس از آن برای مطالعه‌ی رفتار عجیب هسته‌های رادیواکتیو کمیاب استفاده نمایند. هدف از این کار نائل شدن به درکی بهتر از پروسه‌های بنیادی داخل هسته‌های اتمی و کمک به اخترفیزیکدان‌ها به منظور یادگیری درباره‌ی وقایع داخل ستاره‌های نوترونی است که حاوی متراکم‌ترین شکل ماده در جهان می‌باشند.

“مطالعه‌ی خود پادماده سابقه‌ای طولانی دارد، ولی اکنون اشراف بر آن به حد کافی است که می‌توان با استفاده از آن، به کاوش درباره‌ی ماده پرداخت”. این بخشی از صحبت‌های الکساندر اُبرتِلی، فیزیک‌دان دانشگاه تکنیکال دارمستات در آلمان می‌باشد. ابرتلی سرپرستی این پروژه را بر عهده دارد. پروژه‌ای که با نام PUMA شناخته می‌شود (یعنی؛ نابودی ماده‌ی ناپایدار آنتی‌پروتون) و در مرکز سِرن، آزمایشگاه فیزیک ذره‌ی اروپا در نزدیکی ژنو انجام خواهد شد.

کارخانه‌ی پادماده‌ی سرن آنتی‌پروتون می‌سازد. در واقع، آنتی‌پروتون تصویر کمیاب پروتون در آینه است که با تابش شدید پرتویی از پروتون به فلز هدف پدید می‌آید. با کاهش قابل اعتنای سرعت این پروسه می‌توان از ضد ذرات در آزمایش‌ها استفاده کرد. ابرتلی و همکارانش قصد دارند تا با استفاده از میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی یک ابر آنتی‌پروتون را در خلأ به دام بیاندازند. سپس باید آن را به داخل یک خودروی وَن منتقل کنند تا به محل آزمایش مجاور بروند. آزمایش ISOLDE که هسته‌های اتمی رادیواکتیو کمیاب درست می‌کنند ولی این هسته‌ها آنقدر زود دچار واپاشی می‌شوند که فرصت انتقال آن‌ها به هیچ جا وجود ندارد. چارلز هورویتز، فیزیک‌دان نظری ذره‌ در دانشگاه ایندیانا این گونه هیجان خود را ابراز می‌کند:

تقریباً شبیه داستان‌ها علمی تخیلی است که بخواهیم پادماده را سوار یک وانت بکنیم؛ این فوق‌العاده است.


مقاله‌ی مرتبط: نظریه‌ای علمی درباره‌ی چیزی که بیگ‌بنگ را به وجود آورد


کاوشی منحصر به فرد

چون آنتی‌پروتون به راحتی هم با پروتون و هم با نوترون نابود می‌شود، این خصیصه راهی منحصر به فرد برای مطالعه‌ی پیکربندی‌های غیرعادی هسته‌های رادیواکتیو فراهم می‌آورد. برخلاف اتم‌های عادی که تعداد نوترون و پروتون تقریباً برابری دارند، ایزوتوپ‌های رادیواکتیو متحمل نوترون‌های اضافی هستند. این عدم تعادل می‌تواند موجب رفتاری عجیب شود؛ مثل پدید آمدن یک “پوست” بیرونی که غنی از نوترون است، یا مثلاً در لیتیم-11 باعث به وجود آمدن هاله‌ای می‌شود که در آن نوترون‌ها به تنهایی به دور هسته گردش می‌کنند. با مشاهده‌ی تناوب نابودی آنتی‌پروتون با یک پروتون در مقابل یک نوترون، محققان قادر خواهند بود تا چگالی‌های نسبی این ذرات را در خود هسته اندازه بگیرند. و چون نابودی بسیار سریع اتفاق می‌افتد، تست هم آن اندازه سریع خواهد بود تا حتی هسته‌های با عمر بسیار کوتاه را هم بررسی نماید.


مقاله‌ی مرتبط: پادپروتون؛ زیر ذره‌بین گشتاور


هسته‌های رادیواکتیو برای یادگیری درباره‌ی ستاره‌های نوترونی به مثابه‌ ریز کیهان‌ها (microcosms) هستند. برای تجسم جرم ستاره‌ی نوترونی، کل جرم خورشید را درون یک شهر تصور کنید! ستاره‌های نوترونی همچنین کلید فهم ما درباره‌ی چگونگی ساخت عناصر سنگین نیز می‌باشند. هسته‌های این ستاره‌های ابَر-متراکم برای دانشمندان در هاله‌ای رازآلود هستند، ولی ساختار آن‌ها توسط همان برهمکنش تقریباً ناشناخته‌ای مطالعه شده‌اند که پدیده‌های عجیب هسته‌های غنی از نوترون را به وجود می‌آورند. “یکی از دلایل اهمیت فهم پوست و هاله‌های نوترونی ایجاد زمینه‌ای برای مشاهده‌ی بزرگ‌ترین مشاهدات اخترفیزیکی است”.

محققان امیدوارند بتوانند دامی طراحی کنند که یک میلیارد آنتی‌پروتون ذخیره نماید. این عدد 100 برابر بزرگ‌تر از هر آزمایشی است که تاکنون انجام شده است. دشواری دیگر، نگه داشتن آن‌ها برای چند هفته است؛ چیزی که بیش از چند آنتی‌نوترون باقی نمی‌گذارد. بدین منظور، آن‌ها باید در 4 درجه بالای صفر مطلق در خلأ ذخیره شوند؛ یعنی در شرایط فضای بین کهکشانی. این کار بسیار چالش‌برانگیز ولی شدنی است.

توسعه و آزمایش تکنولوژی برای فرم قابل حمل، نزدیک به چهار سال زمان خواهد برد. تخمین زده می‌شود اولین اندازه‌گیری‌ها در سال 2022 انجام شود. اگر همه چیز خوب پیش برود، فیزیک‌دان‌ها می‌توانند پادماده را تا حدی دور منتقل کنند که سایر دانشمندان هم فرصت مطالعه روی آن را داشته باشند.