تحقیقات جدید شاید به حل معمای پادماده در جهان هستی منجر شود

طبق مدل استاندارد فیزیک، جهان باید ماده و پاد ماده به یک میزان مساوی داشته باشد. اما پاد ماده‌ی گم شده کجاست که بیشتر جهان از ماده تشکیل شده است؟

تامسون در سال ۱۸۹۷، ذره‌­ای به نام الکترون را کشف کرد. از همان زمان تا­به­ حال، دانشمندان به دنبال جواب سوالی فریبنده بوده‌اند: آیا الکترون­‌ها کروی هستند؟ با توجه به اطلاعاتی که تا کنون داریم، جواب، مثبت است. برپایه‌ی به گفته­‌ی مردکای-مارک مک­ لو (Mordecia- Mark Mac Low)، اختر­فیزیکدان موزه­‌ی تاریخ طبیعی آمریکا: الکترون­‌ها با احتساب مقداری خطا، کروی هستند.

متاسفانه این جواب، تنها سوالات بیش­تری را برای فیزیکدانان به وجود آورد. طبق مدل استاندارد فیزیک، زمانی که انفجار بزرگ (Big Bang)، جهان ما را به وجود آورد، باید به‌میزان مساوی ماده و پاد­ماده به وجود آورده باشد و این یک مسئله‌ی حل‌نشده است. طبق دانسته­‌های ستاره­‌شناسان و فیزیکدانان، زمانی که ماده و پاد­ماده با یکدیگر ترکیب می­‌شوند، نابود شده و انبوهی از فوتون­‌ها را به وجود می­‌آورند.مارک­لو بر اساس همین دانسته‌ها، گفته است:

در اصل جهان نباید وجود داشته باشد ولی به هر حال وجود دارد.

در پی این مسئله، دانشمندان به دنبال نشانه‌هایی از ابر­تقارن بین ماده و پاد­ماده می­ گردند، که بتواند به دو سوال پاسخ دهد. چرا جهان به سرعت نابود نشده است؟ و چرا جهان همچنان میزان ماده­‌ی بیشتری نسبت به پاد­ماده دارد؟ اگر الکترون­‌ها به جای این­که به‌طور کامل کروی باشند، بیضی شکل می‌بودند، حتی پس از یافتن ابر­تقارن هم باید به دنبال مدل دیگری می­‌گشتیم. اما تا جایی که اکنون می‌­توانیم بگوییم، الکترن‌­ها کروی هستند.

هم ­اکنون، محققان جیلا (JILA) اظهار داشته­‌اند که راهی برای تشخیص شکل الکترون پیدا کرده­‌اند که کمی انحراف از شکل ایده­ آل را نشان می­‌دهد. اگر الکترون دارای ممان دوقطبی الکتریکی بود، نشان می­‌داد که شکل آن نباید کروی باشد. دانشمندان در جست­ و­جو­ی ممان دو­قطبی الکتریکی، در باریکه‌های گسیل شده از اتم­‌ها و مولکول­­‌ها­ی خاصی، الکترون­‌ها را مورد بررسی قرار می­‌دهند. متاسفانه، حرکت باریکه، باعث ایجاد محدودیت در مدت زمان بررسی آن می­‌شود و بنابراین مشاهده­‌ها تا­کنون نشانه­ ای از ممان­ دو­قطبی الکتریکی نداشته است.

محققان جیلا روش دیگری را به کار گرفته‌­اند. آن­ها به جای استفاده از باریکه­‌ی ذرات خنثی، یون­‌های مولکولی ترکیب غیر­آلی به نام هفنیوم فلوراید را در یک میدان الکتریکی چرخان به دام می­‌اندازند. در این موقعیت، یون­ ها به­ جا­ی حرکت کردن در خط مستقیم، در مسیرهای دایره‌ای کوچک می­‌چرخند. محققان جیلا تا کنون توانسته­‌اند مسیر الکترون را برای مدت ۰.۰۷ ­ثانیه به‌طور مستقیم زیر نظر بگیرند که این مسیر، هزار برابر از مسیر آزمایش‌های باریکه­‌ای طولانی­‌تر است.

پدیده حیرت­ انگیز

ممکن است تایید کروی شکل بودن الکترون­‌ها غیر­منطقی به نظر برسد؛ اما آزمایش­‌های متعدد، بر این مسئله دلالت دارند. به‌تازگی با این فرض جلو می­رویم که پردازش­‌های فیزیکی همیشه یکسان به نظر می­‌رسند، چه در جهت زمان جلو برویم و چه خلاف جهت آن. اگر برای الکترون هیچ ممان­ دو­قطبی­ الکتریکی اندازه­ گیری نشده باشد، این موضوع می­‌تواند دیدگاه ما در مورد تقارن واژگونه‌ی زمانی و بسیاری از لایه‌های اصلی فیزیک را تغییر دهد. همچنین این مسئله قابلیت این را دارد که مسئله­‌ی پاد­ماده در جهان ما را حل کند.

اکنون محققان جیلا توانسته­‌اند راهکار­‌های خود را بهبود بدهند، و با توجه به گفته­‌های مک­لو، بر این موضوع پا­فشاری هم می­‌کنند. به گفته­‌ی اریک کورنل، محقق ارشد جیلا، از آن­جایی که آن­ها فکر می‌­کنند توانایی افزایش ۱۰ ­برابری حساسیت آزمایش­‌های خود در طول کم­تر از دو سال را دارند، می­‌توانند مشاهده­‌ها­ی بسیار بهتری از الکترون‌ها و شکل­ آنها داشته باشند.

گروه­ های دیگری نیز روی روش ‌هایی برای بالا بردن حساسیت اندازه­ گیری شکل الکترون­‌ها کار می­‌کنند. گزارش­‌های اخیر از این اندازه ­گیری­‌ها به  گروه ACME در هاروارد مربوط است. آن­ها باور دارند که می­‌توانند عدم قطعیت آزمایش­‌های خود را در یک سال آینده تا ۲۰ برابر کاهش دهند. سرپرست فیزیکدانان دانشگاه ایمپریال اظهار کرد که سطح حساسیت اندازه­‌گیری­‌های آن­ها برای اثبات چندین تئوری کافی است که در این بین، یافتن ممان­ دوقطبی­ الکتریکی الکترون، در مرکز آن­‌ها است. اگر با احتساب تمام این آزمایش‌ها، بازهم جواب بر کروی بودن الکترون ‌ها دلالت داشته باشد، تئوریست­ ها باید جای دیگری به دنبال پاسخ این معما­ها باشند.