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 یك جهان دیگر كه مانند تصویر آینهای جهان كنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ البته وجود چنین جهانی پذیرفته نیست. با این حال جهان ذرات زیر اتمی (الكترون ، پروتون ، نوترون ، …) چنین همتایی دارد و هر یك از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند كه به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مینامند. تاریخچه دیراك فیزیكدان معروف در 1928 چنین استنباط كرد كه همه مواد میتوانند در دو حالت وجود داشته باشند.
وی در آغاز نظریه خود را در مورد الكترون بیان كرد و اظهار داشت كه باید ذراتی به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. این گفته تحقق یافت و فیزیكدان آمریكایی كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و یا پوزیترون را كشف كرد. پس از اكتشاف دیراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اییلوگسلر ، فیزیكدان اهل ایتالیا توانست در شتابدهنده بیوترون در آزمایشگاهی در كالیفورنیا پاد پروتون و یك سال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند. مكانیزم اینكه اصلا پاد ذرات چیستند ، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای مادهای خود چگونه رفتار میكنند، مدتی فیزیكدان را به خود مشغول كرد؟ ابتدا این تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصویری از ماده در آینه است. این بدان مناست كه پاذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینه جرم تصویری خود در دنیای ماده داشته باشند. بحث بار الكتریكی كاملا 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 مشترك هر دو نابود میشوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی كه بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در میآیند. البته اگر این انرژی به اندازه كافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد ماده دیگری نیز تبدیل شود كه این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یكدیگر و بیان فرمول معروف انیشتن است. پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر بوجود میآیند. این وظیفه به عهده شتابدهندهها است. در توضیح اینكه چرا ما بیشتر ماده را میبینیم تا ضد ماده ، در تاریخ كیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخ كیهان آمده است كه اولین سنگ بناهای ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یكدیگر بوجود میآیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد میكنند 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 كه هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا كواركهای بیشتری نسبت به آنتی كواركها) ایجاد كنند. ذراتی كه فقط در میان اولین اجزای بسیار كوچك ثانیهها وجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت از فزونی ماده در برابر ضد ماده بود. آزمایش ساده برای تصور جسم منفی ، ماهی باهوشی را تصور كنید كه به سطح آب میآید و به قعر آن نمیرود. همچنین فرض كنید حبابهایی از داخل بطری كه در كف اقیانوس قرار دارد به سمت بالا حركت میكنند. 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 حركت میكنند. با این تصورات ، فیزیكدانان وجود چنین حالتی را برای پاد ماده غیر تحمل میدانند. آینده پاد ماده نویسندگان داستان غیر علمی ، تخیلی بر این باورند كه میتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپیماهایی را به جلو راند. یك فضاپیمای مجهز به موتور ماده – پاد ماده در كسری از مدت زمان كه امروزه یك 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 كنونی هم ، چون سرعت یك یوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. این فضاپیما میتواند سفر یازده ماهه جستجوگر سیاره بهرام را یك ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعتهای بسیار بالا و نزدیك به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در كیهان ، سفر در زمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان ، به ما میآموزد كه میتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصی از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است كه پاد ماده به كمك ما میشتابد
آيا ضد ماده وجود دارد ؟
ضد ماده يا پاد ماده فقط دركتاب هاي علمي تخيلي نيست كه نقشبزرگي را به عهده دارد بلكه واقعاً وجوددارد براي تمام ذراتي كه در بخشهاي قبلي درمورد آنها صحبت شد پاد ذره يافت شده است . ضد الكترونها كه پو ريترون نيز ناميده ميشوند مانند الكترونها ي معمولي منفي نيستند ،بلكه دارادي بار مثبت هستند ولي جرمآنها برابر با جرم الكترونهاست ضد پروتونها داراي بار منفي هستند ماده و ضد ماذهنمي توانند يكديگر را تحمل نمايند مثلا هر گاه يك الكترون با يك ضد الكترونبرخوردكند هر دو متقابلاَ يكديگر را منهدم ميكنند و به انرژي يا به عبارت دقيق تربه دو ذره تشعشي بدون جرم يا به 2كوانت تبديل مي شوند .
البته عكس اينفرآيندنيز امكان پذير است به اين معني كه دوكوانت مي توانند با يكديگر يك زوجالكتروني – پوزيتروني به وجود آورند .فرآيند اول را فرو پاشي پرتوي و فرايند دوم راجفت سازي مي نامند يك بار ديگر در اينجا نيز معادله قديمي اينشتين تاييد مي شودالبته در فرو پاشي پرتوي ماده و ضد ماده جرم موجود به طور صد در صد به انرژي مر كزخورشيد حتي يك در صد سوخت هم به طور كامل مصرف نمي شود . در واقع در اين موردخاكستر به شكل زباله اتمي در را كتور و هليوم در خورشيد باقي مي ماند
درفرو پاشي پرتوي ماده كاملا ناپديد مي شود .اگر انسان مي توانست نيروگاهها و يا فضاپيماهايي بسازد كه در آنها به طور كنترل شده اي ماده و ضد ماده به انرژي تبديلميگرديد اين نيرو گاهها و يا فضا پيماها كه بيشتر از نيرو گاهاي اتمي معمولي وفضاپيماهاي فعلي كارآيي داشتند درهر صورت ضد ماده مورد نياز براي انجام اين كار دردرسترس نيست زيرا كه زمين ومنظومه شمسي از ماده معمولي تشكيل شده اند ولي برخي ازدانشمندان اين فرضيه را باور دارند كه در كهكشان را شيري سيستمهايي از ضد ماده وجوددارند كه تا وقتي كه با ماده معمولي برخورد نكره اند دقيقا َ مانند جهان ما پايدارهستند البته اين فرضيه به تازگي شديداَ مورد شك و ترديدد قرار گرفته است بر رويزمين همواره مي توان پاد ذره ها را البته براي مدت زمان بسياركوتاه در آزمايشگاههاايجاد كرد . احتمال ماندگاري اين پاد ذره ها بر روي سياره ما بسيار كم است زير ا كههمه جابا ماده برخورد مي كنند و منهدم مي شوند.
پاد ماده (ضد ماده)
ضدماده
ما انسانها وهر 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 آينهايجهان كنوني ما باشد، چه احساسي به شما دست ميدهد؟ البته وجود چنين جهاني پذيرفتهنيست. با اين حال جهان ذرات زير اتمي (الكترون ، پروتون ، نوترون ، …) چنينهمتايي دارد و هر يك از اين ذرات براي خود همتايي در آن جهان دارند كه به اصطلاحپاد ذره آن ذرات مينامند.
تاريخچه
ديراك فيزيكدان معروف در 1928 چنين استنباط كرد كه همه مواد ميتوانند در دوحالت وجود داشته باشند. وي در آغاز نظريه خود را در مورد الكترون بيان كرد و اظهارداشت كه بايد ذراتي به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. اين گفته تحقق يافت وفيزيكدان آمريكايي كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و يا پوزيترون را كشف كرد. پساز اكتشاف ديراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اييلوگسلر ، فيزيكدان اهلايتاليا توانست در شتابدهنده بيوترون در آزمايشگاهي در كاليفورنيا پاد پروتون و يكسال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پيساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند.
مكانيزم
اينكه اصلا پاد ذرات چيستند ، چهخواصي دارند و در قياس با همتاي مادهاي خود چگونه رفتار ميكنند، مدتي فيزيكدان رابه خود مشغول كرد؟ ابتدا اين تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصويري از ماده درآينه است. اين بدان مناست كه پاذرات ، بايد باري مخالف و هم اندازه و جرمي قرينهجرم تصويري خود در دنياي ماده داشته باشند. بحث بار الكتريكي كاملا پذيرفته شدهبود. اما جرم منفي بسيار دشوار مينمايد. ويژگي ديگر پاد ذرات ، ويژگي نابودي درصورت 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 مادهديگري نيز تبديل شود كه اين تصوير خوبي از تبديل ماده و انرژي به يكديگر و بيانفرمول 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 ميبينيمتا ضد ماده ، در تاريخ كيهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله يا مقطع تاريخكيهان 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 بايكديگر 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 ويژگيهستند كه هنگام فروپاشي ، ماده بيشتري نسبت ضد ماده (مثلا كواركهاي بيشتري نسبت بهآنتي كواركها) ايجاد كنند. ذراتي كه فقط در ميان اولين اجزاي بسيار كوچك ثانيههاوجود داشتند، براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند كه عبارت از فزوني ماده در برابر ضدماده بود.
آزمايش ساده
برايتصور 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 بالاحركت ميكنند. ماهي باهوش با مشاهده حبابها شديدا علاقمند خواهند شد به آن جرميمنفي نسبت دهد. زيرا در خلاف جهت نيروي وارد از سوي جاذبه زمين حركت ميكنند. با اينتصورات ، فيزيكدانان وجود چنين حالتي را براي پاد ماده غير تحمل ميدانند.
آينده پاد ماده
نويسندگانداستان 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 ازمدت زمان كه امروزه يك فضاپيماي مجهز به موتور هيدروژن مايع لازم دارد تا بهستارگان همسايه خورشيد برسد، ما را به آن سوي مرزهاي منظومه شمسي (خورشيدي) خواهدبرد. سرعت اين چنين فضاپيمايي در مقايسه با سرعت شاتلهاي فضاهاي كنوني هم ، چونسرعت يك يوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. اين فضاپيما ميتواند سفر يازده ماهه جستجوگرسياره بهرام را يك ماهه به انجام رساند. ديگر توانايي پاد ماده در ايجاد سرعتهايبسيار بالا و نزديك به سرعت نور است. اما اين بار به جاي سفر در كيهان ، سفر درزمان 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 بهكمك ما ميشتابد.
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 = mc2 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.
