انتشار این مقاله


علت وجود ماده در جهان چیست؟

دانشمندان دانشگاه ساسکس خاصیت نوترون – ذره ی بنیادی در جهان – دقیق تر از گذشته سنجش کردند. بخشی از تحقیقات آن ها مربوط به بررسی علت وجود ماده باقی مانده در جهان و به دنبال آن پاد ماده ی به وجود آمده در اثر بیگ بنگ که این ماده ی باقی مانده را نقض […]

دانشمندان دانشگاه ساسکس خاصیت نوترون – ذره ی بنیادی در جهان – دقیق تر از گذشته سنجش کردند. بخشی از تحقیقات آن ها مربوط به بررسی علت وجود ماده باقی مانده در جهان و به دنبال آن پاد ماده ی به وجود آمده در اثر بیگ بنگ که این ماده ی باقی مانده را نقض نکرده، است .

این تیم شامل آزمایشگاه موسسه ی علم و فناوری رادرفورد اپلتون(STFC) در انگلستان، موسسه ی پاول شر(PSI) در سوییس و تعدادی از موسسات دیگر که به دنبال این بودند آیا نوترون همانند قطب نما عمل می کند یا خیر. اعتقاد بر این است که نوترون از نظر شکل کمی نامتقارن است؛ یعنی یک طرف آن مثبت تر از طرف منفی آن است. در حقیقت کمی شبیه معادل برقی آهن ربای میله ای است. این همان گشتاور دوقطبی بود که تیم به دنبال آن بود.

این تکه ی مهمی از معمای پازل بود که چرا در جهان، ماده باقی می ماند؟ تئوری های علمی چنین پیش بینی می کنند که نوترون تا حدودی خاصیت قطب نمای الکتریکی را دارد. بررسی های بعد از آن، دانشمندان را به حقیقت ماده ی باقی مانده نزدیک تر کرد.

تیم فیزیکدانان دریافتند؛ نوترون به مراتب کوچکتر از EDM پیش بینی شده تئوری های مرتبط با ماده ی باقی مانده در جهان است. این باعث می شود که تئوری ها کمتر صحت داشته باشند؛ بنابراین یا باید تغییر کنند و یا نظریه های جدیدی ارائه گردد. با این حال در ادبیات آمده است که با گذشت سال ها اندازه گیری های EDM که به عنوان مجموعه ای درنظر گرفته شده است؛ احتمالا بیش تر از هر آزمایش دیگر در فیزیک تئوری ها را رد کرده است. جمعه ۲۸ فوریه ۲۰۲۰ مجله Physical Review Letters

مقاله مرتبط:اینشتین، آسوده بخواب؛ ماده و پادماده هنوز با نسبیت تو کاری ندارند!

بعد از حدود دو دهه کار با محققان دانشگاه ساسکس و سایرموسسات نتیجه نهایی که به منظور رفع یکی از اساسی ترین مشکلات کیهان شناسی در طول پنجاه سال گذشته طراحی شده، حاصل شده است. چرا در جهان ماده بیشتر از پاد ماده وجود دارد؟ چرا پادماده در جهان از بین نرفته است؟ چرا ماده ی باقی مانده در جهان وجود دارد؟ جواب سوالات در رابطه با عدم تقارن ساختاری است که در ذرات بنیادی مانند نوترون ظاهر شده است. این همان چیزی است که ما به دنبال آن بوده ایم. ما دریافتیم که گشتاور دوقطبی الکتریکی از آنچه که قبلاً تصور می شد، کوچکتر است. این به ما کمک می کند تا نظریه های مرتبط با چرایی وجود ماده باقی مانده در جهان را ردکنیم؛ زیرا تئوری های حاکم به این پدیده به دو موضوع جداگانه ارتباط دارند.
ما یک استاندارد بین المللی جدید برای حساسیت این آزمایش تعیین کرده ایم. آنچه که در نوترون جستجو می کنیم – عدم تقارن است؛ که نشان می دهد یک انتهای آن مثبت و طرف دیگر آن منفی است، بسیار باورنکردنی است. آزمایش ما قادر به اندازه گیری این موضوع با جزئیات بود؛ اگر عدم تقارن بتواند به اندازه یک فوتبال تصورشود، آنگاه فوتبال با همان میزان مقیاس جهانی قابل مشاهده را پر می کند.


پروفسور فیلیپ هریس رییس دانشکده علوم ریاضی و فیزیک و سرپرست گروه EDM در دانشگاه ساسکس

این آزمایش یک نسخه به روز شده از دستگاه است که در ابتدا توسط محققان دانشگاه ساسکس و آزمایشگاه اپلتون رادرفورد (RAL) طراحی شده است، و از سال ۱۹۹۹ تا کنون رکورد جهانی حساسیت را به طور مداوم حفظ کرده است.

این آزمایش ترکیبی از فناوری های مختلف هنری است که همگی باید به طور همزمان انجام شوند. ما خوشحالیم که دانشمندانRAL برای محدود کردن پارامترهای مهم تجهیزات، فناوری و تخصص توسعه یافته تلاش کرده اند.


دکتر موریس ون دره گرینتن، از گروه نوترونی EDM در آزمایشگاه رادرفورد اپلتون (RAL)

این آزمایش تکنیک هایی از فیزیک اتمی و فیزیک انژی پایین و هسته ای از جمله مغناطیس سنجی نوری مبتنی بر لیزر و دستکاری کوانتومی اسپین را با هم جمع می کند. با استفاده از این ابزارهای چند منظوره برای اندازه گیری دقیق خواص نوترون، ما قادر به پاسخ دهی سؤالات مرتبط با فیزیک انرژی بالا و  ماهیت اساسی تقارن در جهان را هستیم.


دکتر کلارک گریفیت، مدرس فیزیک از دانشکده علوم ریاضی و فیزیک دانشگاه ساسکس

۵۰۰۰۰ اندازه گیری

هر گشتاور دو قطبی الکتریکی  یک نوترون دارد که ممکن است؛ کوچک باشد. اندازه گیری آن نیز بسیار دشوار است. اندازه گیری های قبلی توسط محققان دیگر این نتیجه را نشان داده است. به ویژه تیمی که برای حفظ میدان مغناطیسی موضعی ثابت در آخرین اندازه گیری خود مجبور بودند؛ مسافت های زیادی طی کنند. به عنوان مثال، هر کامیونی که از کنار موسسه عبور می کرد، طوری مقیاس میدان مغناطیسی محل را مختل می کرد که در آزمایش قابل توجه بود، بنابراین باید این اثردر طول اندازه گیری جبران می شد.

همچنین تعداد نوترون های مشاهده شده باید به اندازه کافی زیاد بود تا فرصتی برای اندازه گیری گشتاور دوقطبی الکتریکی فراهم شود. اندازه گیری ها طی یک دوره دو ساله انجام شد. نوترون ultracold، یعنی نوترون هایی با سرعت نسبتاً کند اندازه گیری شدند. هر ۳۰۰ ثانیه، دسته ای از بیش از ۱۰۰۰۰ نوترون به آزمایش هدایت می شدند وبا جزییات مورد بررسی قرار می گرفتند. محققان در کل ۵۰۰۰۰ دسته از چنین اندازه گیری کردند.

مقاله مرتبط:در یک لحظه در دو مکان؛ پادماده نیز ماهیت موجی دارد

تنظیم استاندارد بین المللی جدید

آخرین نتایج محققان از نتایج قبلی خود پشتیبانی و تقویت کرده و یک استاندارد بین المللی جدید تنظیم شده است. اندازه EDM هنوز برای اندازه گیری با وسایلی که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته اند بسیار ناچیز است، بنابراین برخی از نظریه هایی که سعی در توضیح بیشترماده دارند، کمترمورد قبول اند. بنابراین معما هنوز حل نشده است.
اندازه گیری بعدی، در حال حاضر دقیق تر در PSI انجام می پذیرد. با همکاری PSI انتظار می رود که سری بعدی اندازه گیری هارا تا سال ۲۰۲۱ آغاز کنند.

درجستجوی فیزیک نوین

نتیجه جدید توسط گروهی از محققان در ۱۸ موسسه و دانشگاهی در اروپا و ایالات متحده بر اساس داده های جمع آوری شده درPSI منبع نوترون ultracold تعیین شد. محققان داده های اندازه گیری شده را به مدت دو سال در آن جا جمع آوری کردند، که آن را با دقت در دو تیم جداگانه ارزیابی کردند و سپس توانستند نتیجه دقیق تری را نسبت به گذشته کسب کنند.

پروژه ی تحقیق بخشی از جستجوی “فیزیک نوین” است که فراتر ازمدل استاندارد فیزیک، که خواص همه ذرات شناخته شده را بیان می کند. همچنین هدف اصلی این آزمایش درصورت امکانات بیشتر مانند برخورد بزرگ هادرون (LHC) در سرن است.

این تکنیک ها در ابتدا برای اولین بار اندازه گیری EDM در دهه ۵۰ توسعه یافته و منجر به تحولاتی در حال تغییر جهان نظیر ساعت های اتمی و اسکنر MRI شد و تا به امروز نیز تأثیرعظیم و مداوم خود را در زمینه فیزیک ذرات حفظ می کند.

سنا محمد علیزاده رامی


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *