"نوترینو"؛ کلید چرایی بیشتر بودن ماده از پاد ماده در جهان

ايسنا/ فيزيکدانان مي‌گويند براي فهميدن اينکه چرا جهان داراي مقدار بسيار بيشتري ماده نسبت به پاد ماده است، بايد به سراغ ذره بنيادي "نوترينو" رفت چرا که ماده و پاد ماده ممکن است متوازن و متقارن نباشند. فيزيکدانان کوشش زيادي در درک جهان کرده‌اند و مسير زيادي را در اين راه پيموده‌اند، اما هنوز هم برخي از اسرار وجود دارد که آنها را به خود مشغول کرده است. يکي از اين رازها اين است که چرا به نظر مي‌رسد ماده خيلي بيشتر از پاد ماده وجود دارد. ماده به‌طور کلي همه چيزهايي است که اشياء فيزيکي را شامل مي‌شوند. معمول‌ترين تعريفي که از ماده وجود دارد اين است که ماده هر چيزي است که حجم و جرم داشته باشد. به هر حال هنوز ميان دانشمندان درباره تعريف دقيق ماده اتفاق نظر وجود ندارد. تا پيش از سده بيستم ميلادي، اصطلاح ماده شامل ماده معمولي تشکيل شده از اتم‌ها بود و ديگر پديده‌هاي انرژي مانند نور يا صدا را در بر نمي‌گرفت. اين مفهوم از ماده اکنون به هر چيزي که داراي جرم(حتي در حالت سکون) است، گسترش يافته ولي اين تعريف‌ها هنوز نارسا است، زيرا جرم يک شيء خود مي‌تواند در نتيجه حرکت و تعامل انرژي‌هاي(احتمالاً بدون جرم) به وجود آيد. بنابراين، يک تعريف جهاني و يک مفهوم اساسي و جامع براي آن در فيزيک امروز هنوز در دست نيست. واژه ماده نيز آزادانه به عنوان يک اصطلاح کلي براي هر چيز يا تمام اشياء فيزيکي قابل مشاهده استفاده مي‌شود. پادماده(Antimatter) نيز مانند ماده از ذراتي به نام ضدذره تشکيل شده‌ است که با ذرات معمولي فرق دارند. در پادماده بار هسته منفي و بار ذرات مداري مثبت است که معکوس ماده ‌است. به عنوان مثال ذره‌اي به نام پوزيترون وجود دارد که تمام ويژگي‌هايش به جز بار الکتريکي مشابه الکترون است. پوزيترون حامل بار مثبت است در حالي که بار الکترون منفي است. البته نبايد پوزيترون را با ذره باردار مثبت ديگر، يعني پروتون، اشتباه گرفت. پروتون تقريباً ۲۰۰۰ بار سنگين‌تر از الکترون است. به علاوه پروتون داراي زير ساختارهايي به نام کوارک است. از طرف ديگر، پوزيترون هم جرم الکترون است و تا آنجا که مي‌دانيم پوزيترون و الکترون هيچ‌کدام داراي زير ساختار نيستند. فيزيکدانان ذرات، پوزيترون را پادماده الکترون مي‌دانند. تحقيقات جديدي که در مجله Nature منتشر شده، ممکن است به جواب اين سوال رسيده باشد. همه چيز از سال ۱۹۵۶ شروع شد، وقتي فيزيکدانان تسليحات هسته‌اي به نام "کلايد کوان" و "فردريک راينز" موفق به کشف "نوترينو" شدند و در سال ۱۹۹۵ جايزه نوبل را براي اين کشف دريافت کردند. "نوترينو"(neutrino) يک ذره بنيادي است که از نظر الکتريکي خنثي بوده و به ندرت وارد برهمکنش مي‌شود. نوترينو به معني «کوچک خنثي»، معمولاً با سرعتي نزديک به سرعت نور حرکت مي‌کند، از نظر الکتريکي خنثي بوده و قادر است از درون مواد تقريباً بدون هيچ برهمکنشي عبور نمايد. نوترينوها داراي جرم بسيار کوچک، اما غير صفر هستند. از آنجايي که نوترينوها بار الکتريکي ندارند، تحت تأثير نيروهاي الکترومغناطيس قرار نمي‌گيرند. نوترينوها تنها تحت تأثير نيروي هسته‌اي ضعيف که در مقايسه داراي بُرد بسيار کوتاه‌تري از نيروي الکترومغناطيس است، قرار مي‌گيرند؛ لذا قادر هستند مسافت‌هاي بسيار طولاني را درون مواد بدون برهمکنش طي نمايند. نوترينوها در ضمن واپاشي بتا، در واکنش‌هاي هسته‌اي مانند آنچه در خورشيد يا راکتورهاي اتمي رخ مي‌دهند و همچنين در اثر برخورد پرتوهاي کيهاني با اتم‌ها ايجاد مي‌گردند. سه نوع نوترينو وجود دارد: الکترون نوترينو، ميون نوترينو و تاو نوترينو. همچنين هر يک از آنها پادذره مربوط به خود به‌ نام "پادنوترينو" دارند. بيشتر نوترينوهايي که از زمين عبور مي‌کنند، از خورشيد صادر مي‌شوند. در هر ثانيه از هر سانتي‌متر مربع زمين، در حدود ۶۵ ميليارد نوترينوي خورشيدي عبور مي‌کند. ذرات بنيادي، اصولا به دو صورت ذره و پادذره در جهان وجود دارند. پادذره‌ها جرم و حتي اسپين برابر با ذره دارند ولي بار الکتريکي آنها متفاوت است. به عنوان مثال پوزيترون پادذره الکترون است که جرمش برابر جرم الکترون ولي بارش مثبت است. پادذره‌ها و پادماده‌ها به ما در فهميدن اينکه جهان پس از مه بانگ چگونه شکل گرفت کمک مي‌کنند. "کلايد کوان" و "فردريک راينز" در آن زمان، "نوترينو" را کوچکترين واقعيت مادي که تاکنون توسط انسان شناخته شده است، ناميدند. اين امر باعث شد که "آندره ساخاروف" فيزيکدان روسي، مکانيسمي را براي چگونگي نقض تعادل بين ماده و پاد ماده در ۱۰ سال بعد ايجاد کند. "ساخاروف" استدلال مي‌کرد که تقارن بين ماده و پادماده تمام عيار نيست و اين ممکن است به توليد ماده مازاد که هنگام خنک شدن پس از مه بانگ(بيگ بنگ) رخ داده است، مرتبط باشد. اکنون يک آزمايش فيزيکي به نام "T۲K)"Tokai to Kamioka) نشان مي‌دهد که "ساخاروف" احتمالا درست گفته است. در اين آزمايش، نوترينوها در مجتمع تحقيقاتي پروتون شتاب دهنده ژاپن(J-PARC) در زير زمين توليد و شليک شدند. از آنجا، نوترينوهاي توليد شده ۲۹۵ کيلومتر به سمت رصدخانه نوترينو موسوم به "Super-Kamiokande" حرکت کردند. در اين رصدخانه، يک مخزن آب غول پيکر، نور ساطع شده حاصل از برهمکنش نوترينوها با آب را ضبط کرد. آزمايش T۲K پس از ۱۰ سال بررسي، تنها ۹۰ نوترينو و ۱۵ پادنوترينو را تشخيص داد. اين تعداد بسيار اندک است زيرا نوترينوها احتمال برهمکنش و تعامل بسيار کمي دارند. مطالعه T۲K سپس هر دو احتمال اينکه نوترينو بين خواص فيزيکي مختلفي در نوسان باشد و يک پادترنينو نيز همين کار را انجام دهد، ارزيابي کرد. محققان گمان مي کردند که اگر ماده و پاد ماده متقارن باشند، رفتار آنها يکسان است. محققان در نهايت دريافتند که اينگونه نيست. اگرچه ممکن است اين نتايج هيجان انگيز باشد، اما لازم به ذکر است که راضي کننده نيست. بنابراين فعلاً اين يافته‌ها همچنان به عنوان مشاهدات اوليه محسوب مي‌شوند. #باهم_شکستش_مي‌دهيم ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد