ذره و پاد ذره (3)

هر زمان که یک ذره و پاد ذره همتایش با یکدیگر برخورد کنند، یکدیگر را خنثی یا نابود می کنند و انفجار کوچکی از انرژی را ایجاد می کنند.

در مطلب قبل دانستید که اختر فیزیکی نیز در بخش مرئی عالم به کشف پاد ماده دست نیافته است، حال به ادامه تعریف پاد ذره و بررسی نوترینو و بقیه مطالب مربوطه می پردازیم.

در بحث ها نوترینو را یک ذره واحد در نظر گرفتیم. اما در کارهای اخیر اثبات کرده اند که نوترینوها نیز چند نوع می باشند. واپاشی بتای نوترون ها و پروتون ها به تشکیل الکترون ها ^-e و پوزیترون ها ⁺e می انجامد. توافق شده است که ذره ای را که همراه الکترون گسیل می شود پاد نوترینوی الکترون v ̃_e بنامند. در این صورت، ذره ای را که همراه پوزیترون گسیل می شود باید نوترینوی الکترون v_e نامیدند. بنابراین واکنش های واپاشی بتا را این چنین می توان نوشت:

با افزودن v ̃_e به طرفین واکنش و با توجه به نابودی نوترینو v_e و پادنوترینو v ̃_e، در سمت راست (انرژی آزاد شده را پوزیترون جذب می کند.)، به واکنش-⁺p+v→n+e، در شکل ساده شده دست می یابیم.

و از این واکنش، واکنش 4 را داریم:

در اینجا این سوال پیش می آید که آیا نوترینو v_e و پادنوترینو v ̃_e، ذرات یکسانی هستند یا متفاوت می باشند؟ پاسخ این پرسش را توسط انجام آزمایشان  می توان داد. قبل از این ذراتی با بار الکتریکی صفر را بررسی کرده ایم که از نظر پاد ذراتشان متفاوت بودند. این ذرات نوترون ها و پاد نوترون ها هستند که از نظر علامت بار باریونی با یکدیگر متفاوت می باشند.

 اما ذرات خنثای نوع دیگری نیز وجود دارند که با پاد ذره هایشان یکی می باشندف برای مثال می توان فوتون ها یا مزون های که به ذرات واقعا خنثی معروفند را نام برد. آزمایش هایی که با باریکه پادنوترینوهای حاصل در راکتور هسته ای (در راکتورهای هسته ای، واپاشی بتای منفی محصولات شکافت اورانیوم با نوترون ها صورت می گیرد. به این سبب راکتورها چشمه های پر قدرت پادنوترون های v ̃_e می باشند.) انجام شده اند نشان می دهند که واکنش 3 جذب با پروتون ها به طور قطع مشاهده شده است. ولی جذب v ̃_e با نوترون ها هر گز مشاهده نشده است. اما تعجبی ندارد اگر در نظر بگیریم که نوترینوی الکترون و پاد نوترینو دو ذره متفاوت می باشند ، به این طریق آزمایش های مستقیم مشخص می کنند که نوترینوی الکترون v_e و پاد نوترینو v ̃_e ذرات متفاوت اند و به این سبب آنها خنثای واقعی نیستند. تحقیقات بیشتر مشخص کردند که نوترینوهای تشکیل شده در ضمن واپاشی مزون های π همراه با موئون ها با نوترینوهای تشکیل شده در ضمن واپاشی های بتای واکنش 1 و 2 همراه الکترون ها با یکدیگر فرق دارند.

آینده پاد ماده

نویسندگان داستان غیر علمی، تخیلی بر این باورند كه می توان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپیماهایی را به جلو راند. یك فضاپیمای مجهز به موتور ماده- پاد ماده در كسری از مدت زمان كه امروزه یك فضاپیمای مجهز به موتور هیدروژن مایع لازم دارد تا به ستارگان همسایه خورشید برسد، ما را به آن سوی مرزهای منظومه شمسی (خورشیدی) خواهد برد. سرعت این چنین فضاپیمایی در مقایسه با سرعت شاتل های فضاهای كنونی هم، چون سرعت یك یوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. این فضاپیما می تواند سفر یازده ماهه جستجوگر سیاره بهرام را یك ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعت های بسیار بالا و نزدیك به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در كی هان، سفر در زمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان، به ما می آموزد كه می توان با سرعت گرفتن، نقطه خاصی از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است كه پاد ماده به كمك ما می شتابد.

منبع: http://www.niazemarkazi.com

مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان