ذره و پاد ذره - بخش اول

دیراك فیزیكدان معروف در سال 1928 چنین استنباط كرد كه همه مواد می توانند در دو حالت وجود داشته باشند.

در مطالب قبل با ذرات بنیادی در دو قسمت  (1 و 2) آشنایی پیدا کرده اید و دانستید که براساس اصل عدم قطعیت مکانیک کوانتوم خلاء هیچ گاه به طور مطلق خالی نیست بلکه در آن ذرات و پاد ذراتی وجود دارد که مجازی هستند و قابل رۆیت نیستند پس این فضا به طور % 100 خالی نیست، حال در این جا در مورد پاد ذرات بیشتر توضیح خواهیم داد.

همان طور که می دانید ما و هر آنچه در اطراف مامی باشد 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 می دهد؟ 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 می نامند.

در دهه 20 بعد از نظریه نسبیت از مکانیک کوانتومی تازه گسترش یافته نیز برای توضیح خواص الکترون استفاده شده است. این کار به نتیجه گیری نا منتظره ای انجامید: باید بار مثبتی دو قلو با الکترون وجود داشته باشد، در واقع بعد از چند سال چنین ذره ای کشف شد (پوزیترون). کشف پوزیترون پیروزی نظریه فیزیک جدید بود.

پوزیترون به اصطلاح پاد ذره الکترون می باشد. دره (الکترون) و پاد ذره آن (پوزیترون) فقط در علامت بار الکتریکی با هم تفاوت دارند. خواص دیگری از آنها، یعنی جرم در حال سکون، مقدار بار الکتریکی و اسپین یعنی چرخش درونی یکی می باشد. تکامل بیشتر مکانیک کوانتومی به این نتیجه رسید که برای هر ذره ای، به استثنای چند ذره خنثا، مانند فوتون ها، مزون های، باید جفتی با بار الکتریکی مخالف، یعنی یک پاد ذره وجود داشته باشد.

دیراك 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 پا را فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند.

برخورد ماده و ضد ماده (روی شکل کلیک کنید.)

این سوال که اصلا پاد ذرات چیستند، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای ماده‌ای خود چگونه رفتار می كنند، 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 معناست كه پادذرات، 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 می نماید. ویژگی دیگر پاد ذرات، ویژگی نابودی در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است.

در این انهدام مشترك هر دو نابود می شوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی كه بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در می آیند. 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 می آیند. این وظیفه به عهده شتاب دهنده‌ها است. در توضیح اینكه چرا ما بیشتر ماده را می بینیم تا ضد ماده، در تاریخ كیهان آمده است. در تاریخ كیهان آمده است كه اولین سنگ بناهای ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها، با یكدیگر بوجود می آیند. قسمتی از این  سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد می كنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه، ذرات فوق سنگین نیز می توانسته‌اند بوجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند كه هنگام فروپاشی، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا كوارك‌های بیشتری نسبت به آنتی كوارك ها) 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.

ادامه دارد ...

منبع: http://www.niazemarkazi.com

مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان