نتایج نهایی آزمایشی که توسط دستگاه فیزیکی لیزر پادهیدروژن (آلفا) در آزمایشگاه فیزیک ذرات سرن در ژنو انجام یافته حاکی از آن است که بار الکتریکی پادهیدروژن در حقیقت خنثی است. این آزمایش دقت اندازه گیری بار پادهیدروژن (یک پادپروتون و پوزیترون مقید) را با فاکتوری از 20 در مقایسه با نتایج گذشته بهبود بخشیده است. چون بار پادپروتون قبلاً با همین دقت اندازه گیری شناخته شده است، این نتیجه به اصلاح حد و مرز بار پوزیترون نیز کمک می کند.

با این تصور که ماده و پادماده هر دو به مقدار یکسانی پس از مهبانگ تشکیل یافته اند اما یکی از بزرگ ترین سوالات پاسخ داده نشده در فیزیک این است که چرا مقدار ماده در جهان امروز ما بسیار بیشتر از پادماده است. با توجه به اینکه مدل استاندارد فیزیکِ ذرات هیچ توضیحی برای این پادماده ی از دست رفته پیشنهاد نمی کند، اندازه گیری اختلاف های کوچک مابین رفتار ماده و پادماده می تواند موجب روشن ترشدن این موضوع شود.

بر اساس نظریه های رایج، ذرات پادماده با همتایان ماده اشان یکسان اند تنها اختلاف در بار منفی آنهاست. یک اتم هیدروژن از یک پروتون باردار مثبت و الکترون باردار منفی ساخته شده است و بار خالص آن صفر است. به شکل مشابه، یک اتم پادهیدروژن از یک پادپروتون باردار منفی و یک پوزیترون باردار مثبت ساخته شده و بایستی خنثی باشد. با توجه به اینکه مابین ماده و پادماده بایستی درجایی یک عدم تقارن واقع شود، یک اختلاف ممکن این است که پادهیدروژن بار خالص قابل اندازه گیری ولی بسیار ظریف داشته باشد. با این حال آزمودن این موضوع، به دلیل چالش های تجربی که با به دام افتادن و نگه داشتن پادهیدروژن برای مدت زمان طولانی به منظور اندازه گیری بار آن وجود دارد، امری دشوار است.

گرفتارکردن در یک تله

هدف اصلی تیم آلفا مطالعه­ی ساختار درونی اتم پادهیدروژن است و اینکه آیا اختلاف های قابل تشخیصی از هیدروژن معمولی وجود دارد یا نه. در سال 2010 آلفا اولین آزمایشی بود که در آن 38 اتم پادهیدروژن برای حدود یک پنجم ثانیه به دام افتادند. سپس این تیم دستگاه و فناوری خود را کامل کرد تا تمامی 309 اتم پادهیدروژن را به مدت 1000 ثانیه در سال 2011 به دام بیاندازد.

سال گذشته که این تیم تله ی مغناطیسی آلفا-2 ی جدیدشان را راه اندازی کرده و از لیزرهای طیف سنجی اسفاده کرده بودند، جفری هانگست ( Jeffrey Hangst ) سخن­گوی آلفا به physicsworld.com گفت، که این تیم طیف اتم پادهیدروژن را مورد مطالعه قرار خواهد داد و هر تغییری که مابین آن و هیدروژن مشاهده کند را (بشرط وجود داشتن) انتخاب خواهد کرد. این تیم در آخرین آزمایش شان به دنبال مسیرهای اتم­های پادهیدروژن رهاشده در حضور میدان الکتریکی تله بوده اند. اگر اتم­های پادهیدروژن یک بار الکتریکی داشته باشند، میدان الکتریکی آن ها را منحرف ساخته و مسیرهای آن ها را تغییر خواهد داد.

آخرین آزمایش آلفا-2 نشان داده است که پادهیدروژن (درست شبیه همتای خودش) بار ندارد. به بیان اسکات مناری ( Scott Menary) عضو تیم آلفا از دانشگاه یورک در کانادا، «این به آن معنی است که بار الکتریکی پادهیدروژن (پادماده­ی هیدروژن) پاسخ به سوال پادماده را منتفی می­سازد». در حقیقت نتایج نشان دادند که هم هیدروژن و هم پادهیدروژن با دقت 20 برابری نسبت به آنچه پیشتر اندازه­گیری شده بود، به لحاظ الکتریکی خنثی هستند. چون بار یک پادپروتون نیز با دقت مشابهی شناخته شده است، این پزوهش به بهبود بهترین اندازه گیری های پیشین بر روی بار پوزیترون با فاکتوری از 25 نیز انجامیده است.

آندرا کاپرا (Andrea Capra) پژوهش­گر آلفا در آزمایشگاه TRIUMF در کانادا می گوید که این نتیجه یک قطعه از پازل پادماده است، دیگرِ قطعات این پازل شامل مقایسه­ی طیف هیدورژن و پادهیدروژن و چگونگی پاسخ پادهیدروژن به گرانش است که هردو توسط تیم آلفا در حال کاوش هستند.

این پژوهش در مجله­ی نیچر به چاپ رسیده است.

درباره‌ی نویسنده:

تاشنا کامیسریای (Tushna Commissariat ) گزارش­گر physicsworld.com است.

منبع:

ALPHA confirms antihydrogen is neutral as charged