ضدماده ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمین و سیارات ، خورشید و دیگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ایم. اما با تصور وجود یک جهان دیگر که مانند تصویر آینه‌ای جهان کنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ البته وجود چنین جهانی پذیرفته نیست. با این حال جهان ذرات زیر اتمی (الکترون ، پروتون ، نوترون ، …) چنین همتایی دارد و هر یک از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند که به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مینامند. تاریخچه دیراک فیزیکدان معروف در ۱۹۲۸ چنین استنباط کرد که همه مواد میتوانند در دو حالت وجود داشته باشند.
وی در آغاز نظریه خود را در مورد الکترون بیان کرد و اظهار داشت که باید ذراتی به نام ضد الکترون هم وجود داشته با شد. این گفته تحقق یافت و فیزیکدان آمریکایی کارل اندرسون در ۱۹۳۲ ضد الکترون و یا پوزیترون را کشف کرد. پس از اکتشاف دیراک و اندرسون ، سرانجام در اکتبر ۱۹۵۵ اییلوگسلر ، فیزیکدان اهل ایتالیا توانست در شتابدهنده بیوترون در آزمایشگاهی در کالیفورنیا پاد پروتون و یک سال بعد ۱۹۵۶ پاد نوترون را آشکار کند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولکول برآمدند. مکانیزم اینکه اصلا پاد ذرات چیستند ، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای ماده‌ای خود چگونه رفتار میکنند، مدتی فیزیکدان را به خود مشغول کرد؟ ابتدا این تصور وجود داشت که پاد ماده در واقع تصویری از ماده در آینه است. این بدان مناست که پاذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینه جرم تصویری خود در دنیای ماده داشته باشند. بحث بار الکتریکی کاملا پذیرفته شده بود. اما جرم منفی بسیار دشوار مینماید. ویژگی دیگر پاد ذرات ، ویژگی نابودی در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در این انهدام مشترک هر دو نابود میشوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی که بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در میآیند. البته اگر این انرژی به اندازه کافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد ماده دیگری نیز تبدیل شود که این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یکدیگر و بیان فرمول معروف انیشتن است. پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر بوجود میآیند. این وظیفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضیح اینکه چرا ما بیشتر ماده را میبینیم تا ضد ماده ، در تاریخ کیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخ کیهان آمده است که اولین سنگ بناهای ماده (مثلا کوارک و الکترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یکدیگر بوجود میآیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد میکنند و به صورت تشعشع فرو میپاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ، ذرات فوق سنگین نیز میتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا کوارک‌های بیشتری نسبت به آنتی کوارکها) ایجاد کنند. ذراتی که فقط در میان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه‌ها وجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت از فزونی ماده در برابر ضد ماده بود. آزمایش ساده برای تصور جسم منفی ، ماهی باهوشی را تصور کنید که به سطح آب میآید و به قعر آن نمیرود. همچنین فرض کنید حباب‌هایی از داخل بطری که در کف اقیانوس قرار دارد به سمت بالا حرکت میکنند. ماهی باهوش با مشاهده حباب‌ها شدیدا علاقمند خواهند شد به آن جرمی منفی نسبت دهد. زیرا در خلاف جهت نیروی وارد از سوی جاذبه زمین حرکت میکنند. با این تصورات ، فیزیکدانان وجود چنین حالتی را برای پاد ماده غیر تحمل میدانند. آینده پاد ماده نویسندگان داستان غیر علمی ، تخیلی بر این باورند که میتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپیماهایی را به جلو راند. یک فضاپیمای مجهز به موتور ماده – پاد ماده در کسری از مدت زمان که امروزه یک فضاپیمای مجهز به موتور هیدروژن مایع لازم دارد تا به ستارگان همسایه خورشید برسد، ما را به آن سوی مرزهای منظومه شمسی (خورشیدی) خواهد برد. سرعت این چنین فضاپیمایی در مقایسه با سرعت شاتلهای فضاهای کنونی هم ، چون سرعت یک یوزپلنگ در مقابل لاک پشت است. این فضاپیما میتواند سفر یازده ماهه جستجوگر سیاره بهرام را یک ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعتهای بسیار بالا و نزدیک به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در کیهان ، سفر در زمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان ، به ما میآموزد که میتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصی از فضا- زمان را کمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است که پاد ماده به کمک ما میشتابد
آیا ضد ماده وجود دارد ؟
ضد ماده یا پاد ماده فقط درکتاب های علمی تخیلی نیست که نقشبزرگی را به عهده دارد بلکه واقعاً وجوددارد برای تمام ذراتی که در بخشهای قبلی درمورد آنها صحبت شد پاد ذره یافت شده است . ضد الکترونها که پو ریترون نیز نامیده میشوند مانند الکترونها ی معمولی منفی نیستند ،بلکه دارادی بار مثبت هستند ولی جرمآنها برابر با جرم الکترونهاست ضد پروتونها دارای بار منفی هستند ماده و ضد ماذهنمی توانند یکدیگر را تحمل نمایند مثلا هر گاه یک الکترون با یک ضد الکترونبرخوردکند هر دو متقابلاَ یکدیگر را منهدم میکنند و به انرژی یا به عبارت دقیق تربه دو ذره تشعشی بدون جرم یا به ۲کوانت تبدیل می شوند .
البته عکس اینفرآیندنیز امکان پذیر است به این معنی که دوکوانت می توانند با یکدیگر یک زوجالکترونی – پوزیترونی به وجود آورند .فرآیند اول را فرو پاشی پرتوی و فرایند دوم راجفت سازی می نامند یک بار دیگر در اینجا نیز معادله قدیمی اینشتین تایید می شودالبته در فرو پاشی پرتوی ماده و ضد ماده جرم موجود به طور صد در صد به انرژی مر کزخورشید حتی یک در صد سوخت هم به طور کامل مصرف نمی شود . در واقع در این موردخاکستر به شکل زباله اتمی در را کتور و هلیوم در خورشید باقی می ماند
درفرو پاشی پرتوی ماده کاملا ناپدید می شود .اگر انسان می توانست نیروگاهها و یا فضاپیماهایی بسازد که در آنها به طور کنترل شده ای ماده و ضد ماده به انرژی تبدیلمیگردید این نیرو گاهها و یا فضا پیماها که بیشتر از نیرو گاهای اتمی معمولی وفضاپیماهای فعلی کارآیی داشتند درهر صورت ضد ماده مورد نیاز برای انجام این کار دردرسترس نیست زیرا که زمین ومنظومه شمسی از ماده معمولی تشکیل شده اند ولی برخی ازدانشمندان این فرضیه را باور دارند که در کهکشان را شیری سیستمهایی از ضد ماده وجوددارند که تا وقتی که با ماده معمولی برخورد نکره اند دقیقا َ مانند جهان ما پایدارهستند البته این فرضیه به تازگی شدیداَ مورد شک و تردیدد قرار گرفته است بر رویزمین همواره می توان پاد ذره ها را البته برای مدت زمان بسیارکوتاه در آزمایشگاههاایجاد کرد . احتمال ماندگاری این پاد ذره ها بر روی سیاره ما بسیار کم است زیر ا کههمه جابا ماده برخورد می کنند و منهدم می شوند.
پاد ماده (ضد ماده)
ضدماده
ما انسانها وهر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمین و سیارات ، خورشید و دیگر ستارگان ،همه از ماده ساخته شده‌ایم. اما با تصور وجود یک جهان دیگر که مانند تصویر آینه‌ایجهان کنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ البته وجود چنین جهانی پذیرفتهنیست. با این حال جهان ذرات زیر اتمی (الکترون ، پروتون ، نوترون ، …) چنینهمتایی دارد و هر یک از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند که به اصطلاحپاد ذره آن ذرات مینامند.
تاریخچه
دیراک فیزیکدان معروف در ۱۹۲۸ چنین استنباط کرد که همه مواد میتوانند در دوحالت وجود داشته باشند. وی در آغاز نظریه خود را در مورد الکترون بیان کرد و اظهارداشت که باید ذراتی به نام ضد الکترون هم وجود داشته با شد. این گفته تحقق یافت وفیزیکدان آمریکایی کارل اندرسون در ۱۹۳۲ ضد الکترون و یا پوزیترون را کشف کرد. پساز اکتشاف دیراک و اندرسون ، سرانجام در اکتبر ۱۹۵۵ اییلوگسلر ، فیزیکدان اهلایتالیا توانست در شتابدهنده بیوترون در آزمایشگاهی در کالیفورنیا پاد پروتون و یکسال بعد ۱۹۵۶ پاد نوترون را آشکار کند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پیساخت پاد اتم و پاد مولکول برآمدند.
مکانیزم
اینکه اصلا پاد ذرات چیستند ، چهخواصی دارند و در قیاس با همتای ماده‌ای خود چگونه رفتار میکنند، مدتی فیزیکدان رابه خود مشغول کرد؟ ابتدا این تصور وجود داشت که پاد ماده در واقع تصویری از ماده درآینه است. این بدان مناست که پاذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینهجرم تصویری خود در دنیای ماده داشته باشند. بحث بار الکتریکی کاملا پذیرفته شدهبود. اما جرم منفی بسیار دشوار مینماید. ویژگی دیگر پاد ذرات ، ویژگی نابودی درصورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در این انهدام مشترک هر دو نابود میشوند،و به مقدار قابل توجهی انرژی که بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در میآیند. البته اگر این انرژی به اندازه کافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد مادهدیگری نیز تبدیل شود که این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یکدیگر و بیانفرمول معروف انیشتن است.
پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر بوجود میآیند. این وظیفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضیح اینکه چرا ما بیشتر ماده را میبینیمتا ضد ماده ، در تاریخ کیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخکیهان آمده است که اولین سنگ بناهای ماده (مثلا کوارک و الکترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یکدیگر بوجود میآیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره بایکدیگر برخورد میکنند و به صورت تشعشع فرو میپاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه، ذرات فوق سنگین نیز میتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگیهستند که هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا کوارک‌های بیشتری نسبت بهآنتی کوارکها) ایجاد کنند. ذراتی که فقط در میان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه‌هاوجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت از فزونی ماده در برابر ضدماده بود.
آزمایش ساده
برایتصور جسم منفی ، ماهی باهوشی را تصور کنید که به سطح آب میآید و به قعر آن نمیرود. همچنین فرض کنید حباب‌هایی از داخل بطری که در کف اقیانوس قرار دارد به سمت بالاحرکت میکنند. ماهی باهوش با مشاهده حباب‌ها شدیدا علاقمند خواهند شد به آن جرمیمنفی نسبت دهد. زیرا در خلاف جهت نیروی وارد از سوی جاذبه زمین حرکت میکنند. با اینتصورات ، فیزیکدانان وجود چنین حالتی را برای پاد ماده غیر تحمل میدانند.
آینده پاد ماده
نویسندگانداستان غیر علمی ، تخیلی بر این باورند که میتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ،فضاپیماهایی را به جلو راند. یک فضاپیمای مجهز به موتور ماده – پاد ماده در کسری ازمدت زمان که امروزه یک فضاپیمای مجهز به موتور هیدروژن مایع لازم دارد تا بهستارگان همسایه خورشید برسد، ما را به آن سوی مرزهای منظومه شمسی (خورشیدی) خواهدبرد. سرعت این چنین فضاپیمایی در مقایسه با سرعت شاتلهای فضاهای کنونی هم ، چونسرعت یک یوزپلنگ در مقابل لاک پشت است. این فضاپیما میتواند سفر یازده ماهه جستجوگرسیاره بهرام را یک ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعتهایبسیار بالا و نزدیک به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در کیهان ، سفر درزمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان ، به ما میآموزد که میتوان با سرعت گرفتن، نقطه خاصی از فضا- زمان را کمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است که پاد ماده بهکمک ما میشتابد.
محل یافت ضد ماده
ضدماده به طور طبیعی در زمین یافت نمی‌شود، به غیر از خیلی به ندرت و با عمر بسیار کوتاهی که از نتیجه تباهی هسته‌ای و پرتوهای کیهانی به وجود میآیند. زیرا ضدماده‌هایی که در زمین و خارج از آزمایشگاه‌های خاصی موجود می‌باشند با برخورد با مواد معمولی، نابود (Annihilation) میشوند. ضدذره‌ها و بعضی از ضدماده‌های پایدار (مانند ضدهیدروژن)، میتوانند به مقدار بسیار اندکی تولید شوند، ولی نه متاسفانه به اندازه‌ای که تمام خواص فیزیک-نظری آنها را مورد آزمایش بتوان قرار داد.
طول عمر ضد ماده
عمر کوتاه ضدماده‌ها از این رو، به این علت است که با برخورد آنها با ماده‌هایی که در اطراف ما وجود دارند، نابود میشوند که با این نابودی، انرژی به اندازه E = mc۲ آزاد میشود. در اینجا m، مجموع جرم ماده و جرم ضد ماده نابود شده با همدیگر است. این آزادی انرژی بیشتر به صورت امواج الکترومغناطیسی و پرتو گاما صورت می‌پذیرد. نسبت به فرآیندهای دیگر با مقدار ماده برابر، این فرآیند بیشتر از همه آنها (فرآیندهای شیمیایی یا هسته‌ای) انرژی تولید می‌کند و میتواند از لحاض اقتصادی نیز با صرفه باشد، البته اگر انسان دسترسی راحتتری به یک منبع از ضدماده‌ها و ضد‌ذرات را می‌داشت. که بر طبق تخمینهای امروزی، همچین ذخیره‌ای تا شعاع چندین میلیارد سال نوری از زمین موجود نمی‌باشد.
