ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمين و سيارات ، خورشيد و ديگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شدهايم. اما با تصور وجود يک جهان ديگر که مانند تصوير آينهاي جهان کنوني ما باشد، چه احساسي به شما دست ميدهد؟ البته وجود چنين جهاني پذيرفته نيست. با اين حال جهان ذرات زير اتمي (الکترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنين همتايي دارد و هر يک از اين ذرات براي خود همتايي در آن جهان دارند که به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مينامند.
تاريخچه
ديراک فيزيکدان معروف در 1928 چنين استنباط کرد که همه مواد ميتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وي در آغاز نظريه خود را در مورد الکترون بيان کرد و اظهار داشت که بايد ذراتي به نام ضد الکترون هم وجود داشته با شد. اين گفته تحقق يافت و فيزيکدان آمريکايي کارل اندرسون در 1932 ضد الکترون و يا پوزيترون را کشف کرد. پس از اکتشاف ديراک و اندرسون ، سرانجام در اکتبر 1955 اييلوگسلر ، فيزيکدان اهل ايتاليا توانست در شتابدهنده بيوترون در آزمايشگاهي در کاليفورنيا پاد پروتون و يک سال بعد 1956 پاد نوترون را آشکار کند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پي ساخت پاد اتم و پاد مولکول برآمدند.
مکانيزم
اينکه اصلا پاد ذرات چيستند ، چه خواصي دارند و در قياس با همتاي مادهاي خود چگونه رفتار ميکنند، مدتي فيزيکدان را به خود مشغول کرد؟ ابتدا اين تصور وجود داشت که پاد ماده در واقع تصويري از ماده در آينه است. اين بدان مناست که پاذرات ، بايد باري مخالف و هم اندازه و جرمي قرينه جرم تصويري خود در دنياي ماده داشته باشند. بحث بار الکتريکي کاملا پذيرفته شده بود. اما جرم منفي بسيار دشوار مينمايد. ويژگي ديگر پاد ذرات ، ويژگي نابودي در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در اين انهدام مشترک هر دو نابود ميشوند، و به مقدار قابل توجهي انرژي که بيشتر به صورت پرتوهاي گاما ظاهر ميشود، در ميآيند. البته اگر اين انرژي به اندازه کافي زياد باشد، ميتواند به جفت ماده و پاد ماده ديگري نيز تبديل شود که اين تصوير خوبي از تبديل ماده و انرژي به يکديگر و بيان فرمول معروف انيشتن است.
پاد ذرات از برخورد شديد ذرات ديگر بوجود ميآيند. اين وظيفه به عهده شتابدهندهها است. در توضيح اينکه چرا ما بيشتر ماده را ميبينيم تا ضد ماده ، در تاريخ کيهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله يا مقطع تاريخ کيهان آمده است که اولين سنگ بناهاي ماده (مثلا کوارک و الکترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با يکديگر بوجود ميآيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يکديگر برخورد ميکنند و به صورت تشعشع فرو ميپاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ، ذرات فوق سنگين نيز ميتوانستهاند بوجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند که هنگام فروپاشي ، ماده بيشتري نسبت ضد ماده (مثلا کوارکهاي بيشتري نسبت به آنتي کوارکها) ايجاد کنند. ذراتي که فقط در ميان اولين اجزاي بسيار کوچک ثانيهها وجود داشتند، براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند که عبارت از فزوني ماده در برابر ضد ماده بود.
آزمايش ساده
براي تصور جسم منفي ، ماهي باهوشي را تصور کنيد که به سطح آب ميآيد و به قعر آن نميرود. همچنين فرض کنيد حبابهايي از داخل بطري که در کف اقيانوس قرار دارد به سمت بالا حرکت ميکنند. ماهي باهوش با مشاهده حبابها شديدا علاقمند خواهند شد به آن جرمي منفي نسبت دهد. زيرا در خلاف جهت نيروي وارد از سوي جاذبه زمين حرکت ميکنند. با اين تصورات ، فيزيکدانان وجود چنين حالتي را براي پاد ماده غير تحمل ميدانند.
آينده پاد ماده
نويسندگان داستان غير علمي ، تخيلي بر اين باورند که ميتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپيماهايي را به جلو راند. يک فضاپيماي مجهز به موتور ماده - پاد ماده در کسري از مدت زمان که امروزه يک فضاپيماي مجهز به موتور هيدروژن مايع لازم دارد تا به ستارگان همسايه خورشيد برسد، ما را به آن سوي مرزهاي منظومه شمسي (خورشيدي) خواهد برد. سرعت اين چنين فضاپيمايي در مقايسه با سرعت شاتلهاي فضاهاي کنوني هم ، چون سرعت يک يوزپلنگ در مقابل لاک پشت است. اين فضاپيما ميتواند سفر يازده ماهه جستجوگر سياره بهرام را يک ماهه به انجام رساند. ديگر توانايي پاد ماده در ايجاد سرعتهاي بسيار بالا و نزديک به سرعت نور است. اما اين بار به جاي سفر در کيهان ، سفر در زمان مورد نظر است. اين تصور جديد از زمان ، به ما ميآموزد که ميتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصي از فضا- زمان را کمتر منتظر گذاشت و اين همان جايي است که پاد ماده به کمک ما ميشتابد.
تاريخچه
ديراک فيزيکدان معروف در 1928 چنين استنباط کرد که همه مواد ميتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وي در آغاز نظريه خود را در مورد الکترون بيان کرد و اظهار داشت که بايد ذراتي به نام ضد الکترون هم وجود داشته با شد. اين گفته تحقق يافت و فيزيکدان آمريکايي کارل اندرسون در 1932 ضد الکترون و يا پوزيترون را کشف کرد. پس از اکتشاف ديراک و اندرسون ، سرانجام در اکتبر 1955 اييلوگسلر ، فيزيکدان اهل ايتاليا توانست در شتابدهنده بيوترون در آزمايشگاهي در کاليفورنيا پاد پروتون و يک سال بعد 1956 پاد نوترون را آشکار کند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پي ساخت پاد اتم و پاد مولکول برآمدند.
مکانيزم
اينکه اصلا پاد ذرات چيستند ، چه خواصي دارند و در قياس با همتاي مادهاي خود چگونه رفتار ميکنند، مدتي فيزيکدان را به خود مشغول کرد؟ ابتدا اين تصور وجود داشت که پاد ماده در واقع تصويري از ماده در آينه است. اين بدان مناست که پاذرات ، بايد باري مخالف و هم اندازه و جرمي قرينه جرم تصويري خود در دنياي ماده داشته باشند. بحث بار الکتريکي کاملا پذيرفته شده بود. اما جرم منفي بسيار دشوار مينمايد. ويژگي ديگر پاد ذرات ، ويژگي نابودي در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در اين انهدام مشترک هر دو نابود ميشوند، و به مقدار قابل توجهي انرژي که بيشتر به صورت پرتوهاي گاما ظاهر ميشود، در ميآيند. البته اگر اين انرژي به اندازه کافي زياد باشد، ميتواند به جفت ماده و پاد ماده ديگري نيز تبديل شود که اين تصوير خوبي از تبديل ماده و انرژي به يکديگر و بيان فرمول معروف انيشتن است.
پاد ذرات از برخورد شديد ذرات ديگر بوجود ميآيند. اين وظيفه به عهده شتابدهندهها است. در توضيح اينکه چرا ما بيشتر ماده را ميبينيم تا ضد ماده ، در تاريخ کيهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله يا مقطع تاريخ کيهان آمده است که اولين سنگ بناهاي ماده (مثلا کوارک و الکترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با يکديگر بوجود ميآيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يکديگر برخورد ميکنند و به صورت تشعشع فرو ميپاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ، ذرات فوق سنگين نيز ميتوانستهاند بوجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند که هنگام فروپاشي ، ماده بيشتري نسبت ضد ماده (مثلا کوارکهاي بيشتري نسبت به آنتي کوارکها) ايجاد کنند. ذراتي که فقط در ميان اولين اجزاي بسيار کوچک ثانيهها وجود داشتند، براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند که عبارت از فزوني ماده در برابر ضد ماده بود.
آزمايش ساده
براي تصور جسم منفي ، ماهي باهوشي را تصور کنيد که به سطح آب ميآيد و به قعر آن نميرود. همچنين فرض کنيد حبابهايي از داخل بطري که در کف اقيانوس قرار دارد به سمت بالا حرکت ميکنند. ماهي باهوش با مشاهده حبابها شديدا علاقمند خواهند شد به آن جرمي منفي نسبت دهد. زيرا در خلاف جهت نيروي وارد از سوي جاذبه زمين حرکت ميکنند. با اين تصورات ، فيزيکدانان وجود چنين حالتي را براي پاد ماده غير تحمل ميدانند.
آينده پاد ماده
نويسندگان داستان غير علمي ، تخيلي بر اين باورند که ميتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپيماهايي را به جلو راند. يک فضاپيماي مجهز به موتور ماده - پاد ماده در کسري از مدت زمان که امروزه يک فضاپيماي مجهز به موتور هيدروژن مايع لازم دارد تا به ستارگان همسايه خورشيد برسد، ما را به آن سوي مرزهاي منظومه شمسي (خورشيدي) خواهد برد. سرعت اين چنين فضاپيمايي در مقايسه با سرعت شاتلهاي فضاهاي کنوني هم ، چون سرعت يک يوزپلنگ در مقابل لاک پشت است. اين فضاپيما ميتواند سفر يازده ماهه جستجوگر سياره بهرام را يک ماهه به انجام رساند. ديگر توانايي پاد ماده در ايجاد سرعتهاي بسيار بالا و نزديک به سرعت نور است. اما اين بار به جاي سفر در کيهان ، سفر در زمان مورد نظر است. اين تصور جديد از زمان ، به ما ميآموزد که ميتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصي از فضا- زمان را کمتر منتظر گذاشت و اين همان جايي است که پاد ماده به کمک ما ميشتابد.