Behzad AZ
07-15-2010, 10:45 PM
پاد ماده (ضد ماده)
ضدماده
ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمين و سيارات ، خورشيد و ديگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ايم. اما با تصور وجود يك جهان ديگر كه مانند تصوير آينه‌اي جهان كنوني ما باشد، چه احساسي به شما دست ميدهد؟ البته وجود چنين جهاني پذيرفته نيست. با اين حال جهان ذرات زير اتمي (الكترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنين همتايي دارد و هر يك از اين ذرات براي خود همتايي در آن جهان دارند كه به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مينامند.
تاريخچه
ديراك فيزيكدان معروف در 1928 چنين استنباط كرد كه همه مواد ميتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وي در آغاز نظريه خود را در مورد الكترون بيان كرد و اظهار داشت كه بايد ذراتي به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. اين گفته تحقق يافت و فيزيكدان آمريكايي كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و يا پوزيترون را كشف كرد. پس از اكتشاف ديراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اييلوگسلر ، فيزيكدان اهل ايتاليا توانست در شتابدهنده بيوترون در آزمايشگاهي در كاليفورنيا پاد پروتون و يك سال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پي ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند.
مكانيزم
اينكه اصلا پاد ذرات چيستند ، چه خواصي دارند و در قياس با همتاي ماده‌اي خود چگونه رفتار ميكنند، مدتي فيزيكدان را به خود مشغول كرد؟ ابتدا اين تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصويري از ماده در آينه است. اين بدان مناست كه پاذرات ، بايد باري مخالف و هم اندازه و جرمي قرينه جرم تصويري خود در دنياي ماده داشته باشند. بحث بار الكتريكي كاملا پذيرفته شده بود. اما جرم منفي بسيار دشوار مينمايد. ويژگي ديگر پاد ذرات ، ويژگي نابودي در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در اين انهدام مشترك هر دو نابود ميشوند، و به مقدار قابل توجهي انرژي كه بيشتر به صورت پرتوهاي گاما ظاهر ميشود، در ميآيند. البته اگر اين انرژي به اندازه كافي زياد باشد، ميتواند به جفت ماده و پاد ماده ديگري نيز تبديل شود كه اين تصوير خوبي از تبديل ماده و انرژي به يكديگر و بيان فرمول معروف انيشتن است.
پاد ذرات از برخورد شديد ذرات ديگر بوجود ميآيند. اين وظيفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضيح اينكه چرا ما بيشتر ماده را ميبينيم تا ضد ماده ، در تاريخ كيهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله يا مقطع تاريخ كيهان آمده است كه اولين سنگ بناهاي ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با يكديگر بوجود ميآيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يكديگر برخورد ميكنند و به صورت تشعشع فرو ميپاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ، ذرات فوق سنگين نيز ميتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند كه هنگام فروپاشي ، ماده بيشتري نسبت ضد ماده (مثلا كوارك‌هاي بيشتري نسبت به آنتي كواركها) ايجاد كنند. ذراتي كه فقط در ميان اولين اجزاي بسيار كوچك ثانيه‌ها وجود داشتند، براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند كه عبارت از فزوني ماده در برابر ضد ماده بود.
آزمايش ساده
براي تصور جسم منفي ، ماهي باهوشي را تصور كنيد كه به سطح آب ميآيد و به قعر آن نميرود. همچنين فرض كنيد حباب‌هايي از داخل بطري كه در كف اقيانوس قرار دارد به سمت بالا حركت ميكنند. ماهي باهوش با مشاهده حباب‌ها شديدا علاقمند خواهند شد به آن جرمي منفي نسبت دهد. زيرا در خلاف جهت نيروي وارد از سوي جاذبه زمين حركت ميكنند. با اين تصورات ، فيزيكدانان وجود چنين حالتي را براي پاد ماده غير تحمل ميدانند.
آينده پاد ماده
نويسندگان داستان غير علمي ، تخيلي بر اين باورند كه ميتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپيماهايي را به جلو راند. يك فضاپيماي مجهز به موتور ماده - پاد ماده در كسري از مدت زمان كه امروزه يك فضاپيماي مجهز به موتور هيدروژن مايع لازم دارد تا به ستارگان همسايه خورشيد برسد، ما را به آن سوي مرزهاي منظومه شمسي (خورشيدي) خواهد برد. سرعت اين چنين فضاپيمايي در مقايسه با سرعت شاتلهاي فضاهاي كنوني هم ، چون سرعت يك يوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. اين فضاپيما ميتواند سفر يازده ماهه جستجوگر سياره بهرام را يك ماهه به انجام رساند. ديگر توانايي پاد ماده در ايجاد سرعتهاي بسيار بالا و نزديك به سرعت نور است. اما اين بار به جاي سفر در كيهان ، سفر در زمان مورد نظر است. اين تصور جديد از زمان ، به ما ميآموزد كه ميتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصي از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و اين همان جايي است كه پاد ماده به كمك ما ميشتابد.
ضدماده
ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمين و سيارات ، خورشيد و ديگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ايم. اما با تصور وجود يك جهان ديگر كه مانند تصوير آينه‌اي جهان كنوني ما باشد، چه احساسي به شما دست ميدهد؟ البته وجود چنين جهاني پذيرفته نيست. با اين حال جهان ذرات زير اتمي (الكترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنين همتايي دارد و هر يك از اين ذرات براي خود همتايي در آن جهان دارند كه به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مينامند.
تاريخچه
ديراك فيزيكدان معروف در 1928 چنين استنباط كرد كه همه مواد ميتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وي در آغاز نظريه خود را در مورد الكترون بيان كرد و اظهار داشت كه بايد ذراتي به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. اين گفته تحقق يافت و فيزيكدان آمريكايي كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و يا پوزيترون را كشف كرد. پس از اكتشاف ديراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اييلوگسلر ، فيزيكدان اهل ايتاليا توانست در شتابدهنده بيوترون در آزمايشگاهي در كاليفورنيا پاد پروتون و يك سال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پي ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند.
مكانيزم
اينكه اصلا پاد ذرات چيستند ، چه خواصي دارند و در قياس با همتاي ماده‌اي خود چگونه رفتار ميكنند، مدتي فيزيكدان را به خود مشغول كرد؟ ابتدا اين تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصويري از ماده در آينه است. اين بدان مناست كه پاذرات ، بايد باري مخالف و هم اندازه و جرمي قرينه جرم تصويري خود در دنياي ماده داشته باشند. بحث بار الكتريكي كاملا پذيرفته شده بود. اما جرم منفي بسيار دشوار مينمايد. ويژگي ديگر پاد ذرات ، ويژگي نابودي در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در اين انهدام مشترك هر دو نابود ميشوند، و به مقدار قابل توجهي انرژي كه بيشتر به صورت پرتوهاي گاما ظاهر ميشود، در ميآيند. البته اگر اين انرژي به اندازه كافي زياد باشد، ميتواند به جفت ماده و پاد ماده ديگري نيز تبديل شود كه اين تصوير خوبي از تبديل ماده و انرژي به يكديگر و بيان فرمول معروف انيشتن است.
پاد ذرات از برخورد شديد ذرات ديگر بوجود ميآيند. اين وظيفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضيح اينكه چرا ما بيشتر ماده را ميبينيم تا ضد ماده ، در تاريخ كيهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله يا مقطع تاريخ كيهان آمده است كه اولين سنگ بناهاي ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با يكديگر بوجود ميآيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يكديگر برخورد ميكنند و به صورت تشعشع فرو ميپاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ، ذرات فوق سنگين نيز ميتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند كه هنگام فروپاشي ، ماده بيشتري نسبت ضد ماده (مثلا كوارك‌هاي بيشتري نسبت به آنتي كواركها) ايجاد كنند. ذراتي كه فقط در ميان اولين اجزاي بسيار كوچك ثانيه‌ها وجود داشتند، براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند كه عبارت از فزوني ماده در برابر ضد ماده بود.
آزمايش ساده
براي تصور جسم منفي ، ماهي باهوشي را تصور كنيد كه به سطح آب ميآيد و به قعر آن نميرود. همچنين فرض كنيد حباب‌هايي از داخل بطري كه در كف اقيانوس قرار دارد به سمت بالا حركت ميكنند. ماهي باهوش با مشاهده حباب‌ها شديدا علاقمند خواهند شد به آن جرمي منفي نسبت دهد. زيرا در خلاف جهت نيروي وارد از سوي جاذبه زمين حركت ميكنند. با اين تصورات ، فيزيكدانان وجود چنين حالتي را براي پاد ماده غير تحمل ميدانند.
آينده پاد ماده
نويسندگان داستان غير علمي ، تخيلي بر اين باورند كه ميتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپيماهايي را به جلو راند. يك فضاپيماي مجهز به موتور ماده - پاد ماده در كسري از مدت زمان كه امروزه يك فضاپيماي مجهز به موتور هيدروژن مايع لازم دارد تا به ستارگان همسايه خورشيد برسد، ما را به آن سوي مرزهاي منظومه شمسي (خورشيدي) خواهد برد. سرعت اين چنين فضاپيمايي در مقايسه با سرعت شاتلهاي فضاهاي كنوني هم ، چون سرعت يك يوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. اين فضاپيما ميتواند سفر يازده ماهه جستجوگر سياره بهرام را يك ماهه به انجام رساند. ديگر توانايي پاد ماده در ايجاد سرعتهاي بسيار بالا و نزديك به سرعت نور است. اما اين بار به جاي سفر در كيهان ، سفر در زمان مورد نظر است. اين تصور جديد از زمان ، به ما ميآموزد كه ميتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصي از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و اين همان جايي است كه پاد ماده به كمك ما ميشتابد.