آزمایش ضد ماده سرد گامی بزرگ به سوی حل معمای کیهان

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری برنا، یک سیستم پیشرفته تحقیقاتی به تازگی گامی مهم در تسریع بررسی ویژگی‌های بنیادی ضد ماده برداشته است. با کاهش دماهای پادماده‌های تراپ شده، هدف محققان کشف این راز بزرگ فیزیک است که چرا در کیهان، ماده بر ضد ماده ترجیح داده می‌شود.

تحولات در تحقیقات ضد ماده

یک پیشرفت عمده در فیزیک توسط تیمی از محققان RIKEN به دست آمده است که گامی بزرگ در راستای پاسخ به یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک برداشته‌اند: چرا ماده عادی در کیهان به طور قابل توجهی بیشتر از ضد ماده است. این تیم یک سیستم سرمایش پیشرفته توسعه داده است که قادر است انرژی پادماده‌های ضد پروتون را به سرعت کاهش دهد و دقت آزمایش‌ها برای بررسی این عدم تعادل کیهانی را به طور چشمگیری افزایش دهد.

پروتون‌ها در کیهان ما غالب هستند. به طور مثال، یک قالب یخ معمولی شامل تعداد زیادی پروتون است (حدود چند سپتیلیون پروتون). در مقابل، ضد پروتون‌ها که جرم مشابه پروتون‌ها دارند ولی بار مخالف دارند، بسیار نادر هستند.

این تفاوت عظیم که شامل تمام ذرات و ضد ذرات آن‌ها می‌شود، سوالی بنیادی را در فیزیک معاصر مطرح می‌کند: چرا کیهان امروزی تقریباً تماماً از ماده تشکیل شده است، با وجود اینکه در مراحل اولیه کیهان باید مقادیر یکسانی از ماده و ضد ماده تولید شده باشد؟

پیشرفت‌ها در اندازه‌گیری‌های دقیق ضد ماده

از آنجایی که ضد ذرات اکنون در آزمایشگاه‌ها قابل تولید هستند، یکی از روش‌ها برای کشف علت این عدم تعادل، اندازه‌گیری ویژگی‌های ضد ماده با دقت‌های بسیار بالا است. فیزیکدانان می‌توانند بررسی کنند که آیا حتی کوچک‌ترین تفاوتی در ویژگی‌های جفت‌های ماده و ضد ماده وجود دارد که ممکن است باعث کاهش تدریجی ضد ماده در طول زمان‌های کیهانی شده باشد.

هدف محققان RIKEN و همکارانشان در آزمایشگاه BASE (آزمایش تقارن باریون-آنتی‌باریون) که در تنها منبع فعال ضد پروتون‌های سرد، یعنی شتاب‌دهنده ضد پروتون در CERN واقع در مرز فرانسه و سوئیس قرار دارد، همین است. اما تاکنون هیچ نوع ناهماهنگی بین پروتون‌ها و ضد پروتون‌ها در حد دقت سیستم آزمایشی شناسایی نشده است.

نوآوری‌ها در تکنیک‌های سرمایش ذرات

استفان اولمر، که هدایت تیم آزمایشگاه بنیادی تقارن‌ها در RIKEN را بر عهده دارد، پیشگام تحقیقات BASE است که به طور قابل توجهی بهبود دقت اندازه‌گیری ویژگی‌های ضد پروتون‌ها را از طریق سرد کردن سریع ذرات trapped ممکن می‌سازد.

اولمر توضیح داد: آزمایش BASE از چهار تله پنینگ استفاده می‌کند که ذرات باردار را با ترکیب میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی ثابت گرفتار می‌کنند. این تله‌ها به ما این امکان را می‌دهند که ذرات منفرد را به مدت سال‌ها مشاهده کنیم، و بدین ترتیب دقت بسیار بالایی در اندازه‌گیری‌ها و مطالعات در بالاترین دقت حاصل می‌شود.

دقت این اندازه‌گیری‌ها به دمای ضد پروتون بستگی دارد؛ هرچه ضد پروتون سردتر باشد، دامنه نوسان آن کوچکتر و حساسیت آن به منابع نویز خارجی کمتر می‌شود، که به محققان این امکان را می‌دهد که ویژگی‌های بنیادی آن را بهتر مطالعه کنند.

افزایش دقت تحقیقات ضد پروتون با فناوری جدید

این هدف، انگیزه‌ای است برای سیستم سرمایش پیچیده‌ای که تیم اولمر آن را توسعه داده است.

اولمر گفت: سیستم سرمایش مقاومتی ما از یک بطری مغناطیسی برای انتخاب ذرات بسیار سرد به طور کارآمد استفاده می‌کند. این سیستم فنی پیچیده که شامل چندین آشکارساز فوق حساس ابررسانا و دیگر دستگاه‌ها است، ضد پروتون‌ها را بدون گرم شدن بین دو تله جابجا می‌کند.

سیستم سرمایش جدید به طور قابل توجهی نرخ نمونه‌برداری داده‌ها را بهبود می‌بخشد. این به نوبه خود دقت اندازه‌گیری ثابت‌های بنیادی را بهبود می‌دهد و احتمال شناسایی تفاوت‌های بسیار کوچک بین پروتون‌ها و ضد پروتون‌ها را افزایش می‌دهد.

انتهای پیام/