حل یکی از بزرگترین مسائل دنیای فیزیک

وب سایت کلیک: مدل استاندارد در فیزیک می تواند جهان و هرچیزی در آن را به قدر کافی توضیح دهد. یکی از بزرگترین سوال ها از میان بسیاری سوالات پاسخ داده نشده با استفاده از این مدل راز عدم تقارن ماده-پادماده است.

مقدار مساوی از ماده و پادماده که توسط بیگ بنگ تولید می شوند باید بتوانند یکدیگر را خنثی کنند، و نتیجه آن ایجاد جهانی بدون وجود هیچ نوع ذره است. امروزه نتایج جدید از یک آشکارساز به نام Hardon Collider Large در CERN می تواند بهترین فرصت برای توضیح تناقض موجودیت ما باشد.

قانون های فیزیک پیش بینی می کنند که برای هر ذره از ماده معین به مقدار مساوی اما مخالف پادذره وجود دارد.

این بدان معناست که برای هر الکترون با بار منفی یک پوزیترون با بار مثبت وجود دارد. برای هر اتم هیدروژن معین یک اتم پادهیدروژن موجود می باشد.

اگر یک پادذره به طور اتفاقی یک ذره معین را پیدا کند، این دو یکدیگر را خنثی خواهند کرد و انرژی به شکل نور آزاد می شود.

مشکل زمانی به وجود می آید که مدل استاندارد فیزیک پیش بینی می کند که بیگ بنگ موجب تولید مقدار مساوی از ذرات باریون در ماده و شکل پاده ماده آن می شود که این شکل پادماده ماده باریونیک و آنتی باریونیک نامیده می شود.

باریون ها یک نوع ذرات زیراتمی مهم هستند، زیرا همان طور که می دانید پروتون ها و نوترون هایی که بیشتر جرم ماده جهان را تشکیل می دهند، باریون ها هستند.

این حقیقت که مقدار ماده باریونیک خیلی بیشتری نسبت به ماده آنتی باریونیک در جهان وجود دارد مشکل ایجاد کرده است زیرا مقادیر مساوی از ذره و پادذره که توسط بیگ بنگ تولید می شوند باید فورا از بین بروند و منجر به ایجاد جهانی بدون ذره شوند که تنها تشعشع در آن وجود دارد.

مدل استاندارد مقدار اندکی عدم تقارن را در ذرات باریون محاسبه می کند اما این مقدار فراوان عدم تقارن که ما امروزه در ماده باریون می بینیم را نمی تواند توضیح دهد.

بنابراین مواد چگونه زنده باقی مانده اند؟

نقض تقارن در جهان نشان دهنده آن است که قانون های فیزیک برای ذرات ماده و پادماده یکسان نیستند و فیزیکدانان در تلاشند که جاهایی که این قانون ها اختلاف پیدا می کنند را بیابند. این پدیده به نام نقض توازن بار (CP) شناخته شده است.

تحقیق قبلی به شهودی درباره نقض CP در مزون ها (بخشی از خانواده ذره هادرون) دست یافته است. اما برای پیش بینی مقدار ماده امروزی موجود در جهان ما باید باریون ها را نیز جستجو کنیم.

بیش از نیم قرن است که دانشمندان در جستجوی شواهدی مبنی بر نقض CP در باریون ها بوده اند، و امروزه محققان با استفاده از یکی از آشکارسازهای بزرگ برخورد کننده هاردون (LHC) در CERN در سوئیس سرانجام به اطلاعاتی دست یافتند.

با استفاده از آشکارساز LHCb، تیم مقدار زیادی از یک نوع خاص باریون (باریون Ʌb۰) و پادذره آن Ʌb۰-bar)) را تولید کرد و مشاهده کرد که چگونه هر یک از این ذرات حین برخورد با یکدیگر به یک پروتون (یا آنتی پروتون) و سه ذره باردار که پایون نامیده می شوند، واپاشی می شود.

این فرایند خیلی نادر است و قبلا هرگز مشاهده نشده است.

میزان تولید بالا از این باریون ها در LHC و قابلیت منحصر به فرد آشکارساز LHCb این اجازه را می دهد که یک نمونه خالص تقریبا ۶۰۰۰ واپاشی را انجام دهد.

این حقیقت که این ذرات به اجزای مجزایی واپاشی می شوند اهمیت دارد زیرا هر گونه اختلاف قابل توجه یا عدم تقارن بین مقادیر باریون های ماده و پادماده، نتیجه نقض CP می باشد.

و این دقیقا همان یافته محققان است.

داده های LHCb سطح قابل توجهی از عدم تقارن را در مقادیر با نقض CP برای واپاشی باریون های Ʌb۰ و Ʌb۰-bar نشان دادند، در بعضی حالت ها این اختلافات به بزرگی ۲۰ درصد می رسد.

این موضوع اعضا را هیجان زده کرد و ما در واقع به حل یکی از مهم ترین رازها در فیزیک جدید نزدیک شدیم اما هنوز کامل به آن دست نیافته ایم.

اهمیت آماری یعنی اینکه فیزیکدانان احتمال تصادفی نبودن نتیجه را اندازه گیری می کنند و CERN گزارش می دهد که از لحاظ آماری دارای سطح معناداری با انحراف معیار ۳٫۳ است و شما می توانید ادعا کنید که کشفی با این مقدار به انحراف معیار ۵ نزدیک است.

به واسطه آنالیزهای آماری دقیق، نتایج فیزیک ذرات بدون اختلال بدست می آیند؛ هیچ اکتشافی کامل نمی شود مگر اینکه شانس اتفاقی بودن آن به مقدار کمتر از یک در میلیون برسد. (که در اینجا یک در هزار است).

بنابراین انتظار می رود در داده های بدست آمده در روش LHC عدم تقارن به سرعت تقویت خواهد شد و یا کاملا از بین خواهد رفت. در حالی که نتایج بدست آمده برای مزون ها خوب است و به درستی تصدیق می شود، عجیب است که نتایج برای باریون ها بخواهد اشتباه شود.

محققان در حال آنالیز داده های جمع آوری شده جدید و وسیع تر توسط LHC هستند. و مدت زیادی طول نخواهد کشید که ما به یافته های آنان پی خواهیم برد.