چرا مقدار پادماده در جهان کم است؟

مجله علمی ایلیاد - تحقیقات جدید نشان داده است که مولکول‌های رادیواکتیو نسبت به پدیده‌های هسته‌ای حساس هستند. این مولکول‌ها می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا بفهمند که چرا جهان حاوی مقادیر نسبتاً کمی پادماده است.

یک ذره‌ی گرد و خاک را در طوفانی از گرد و خاک تصور کنید؛ نوترون نسبت به مولکول حاوی آن همین وضعیت را دارد. با این حال نوترون می‌تواند انرژی مولکول حاوی آن‌را تحت تاثیر قرار دهد. اکنون دانشمندان دانشگاه MIT توانسته‌اند اثر نوترون درون یک مولکول رادیواکتیو را بررسی کنند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه MIT توانسته‌اند روشی ابداع کنند که به کمک آن مولکول‌های رادیواکتیو با عمر کوتاه تهیه و مورد مطالعه قرار گیرند. آن‌ها این توانایی را به‌دست آورده‌اند که تعداد نوترون‌های این مولکول‌ها را با دقت تحت کنترل داشته باشند. محققین چندین ایزوتوپ از این مولکول‌ها را با دقت انتخاب می‌کنند که هر ایزوتوپ دارای یک نوترون بیشتر از ایزوتوپ قبلی است. زمانی که انرژی هر مولکول اندازه‌گیری می‌شود، می‌توان تفاوت‌های موجود بین هسته‌های ایزوتوپ‌های مختلف را به دلیل تفاوت تعداد نوترون‌های آن‌ها تشخیص داد.

این حقیقت که دانشمندان توانسته‌اند تفاوت‌های ایجاد شده توسط نوترون‌ها را مشاهده کنند، نشان می‌دهد که آن‌ها می‌توانند اثرات کوچک‌تر مولکول‌های رادیواکتیو را نیز تشخیص دهند و شاید بتوانند به این ترتیب اسرار جهان هستی را برملا کنند، زیرا با این روش می‌توان اثرات ماده‌ی تاریک را نیز تشخیص داد.

اگر قوانین فیزیک همانطور که ما تصور می‌کنیم متقارن بودند، بنابراین انفجار بزرگ نیز باید ماده و پادماده را به میزان برابر تولید می‌کرد. این حقیقت که اکثر چیزهایی که ما می‌بینیم ماده است و تنها یک بخش در هر میلیارد بخش جهان از پادماده تشکیل شده است، نشان دهنده‌ی این واقعیت است که اختلالی در تقارن فیزیک وجود دارد و ما نمی‌توانیم با دانسته‌هایی که تا کنون داشتیم آن‌را توضیح دهیم. اکنون با داشتن مولکول‌های رادیواکتیو سنگین که حساسیت بالایی به پدیده‌های هسته‌ای دارند، می‌توان اختلال موجود در تقارن فیزیک را توضیح داد. توضیح این اختلالات طی مقاله‌ای در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است.

اکثر اتم‌های موجود در طبیعت دارای یک هسته‌ی متقارن و کروی هستند و درون این هسته نیز نوترون و پروتون قرار گرفته است. با این حال در برخی از عناصر خاص رادیواکتیو مانند رادیوم، هسته‌ی اتم مانند گلابی است و توزیع نوترون‌ها و پروتون‌ها نیز درون آن متوازن نیست. دانشمندان این نظریه را مطرح کرده‌اند که این شکل از هسته‌ی اتم می‌تواند اختلالات موجود در تقارن در منشاء ماده در جهان را افزایش دهد. به این ترتیب می‌توان گفت که هسته‌های رادیواکتیو ابزار خوبی هستند که به کمک آن‌ها می‌توان اثرات اختلال در تقارن را مشاهده کرد و فقط این عیب را دارند که تولید آن‌ها سخت است و ناپایدار هستند.

محققین توانسته‌اند با متصل کردن اتم‌های رادیواکتیو به یک اتم دیگر، حساسیت آن‌ها را به اختلالات تقارن بیشتر کنند و مطالعه‌ی اتم رادیواکتیو را نیز راحت‌تر کنند. به عنوان مثال آن‌ها مولکول رادیوم مونوفلوئورید را ساخته‌اند که در طبیعت وجود ندارد و دارای یک اتم رادیوم است و یک اتم فلوئورید در خود جای داده است. آن‌ها ایزوتوپ‌های متعددی از این مولکول تولید کردند و آن‌ها را مورد مطالعه قرار دادند.

مطالعه‌ی ایزوتوپ‌های مختلف از مولکول تولید شده نشان داده است که مولکول‌هایی مانند رادیوم مونوفلوئورید نسبت به اثرات هسته‌ای به شدت حساس هستند و تغییراتی که در یک عدد نوترون آن‌ها ایجاد می‌شود، می‌تواند باعث اختلال در تقارن آن‌ها شود.

محققین می‌گویند که این مولکول‌های رادیواکتیو سنگین، خاص بوده و نسبت به پدیده‌های هسته‌ای حساس هستند که در مولکول‌های موجود در طبیعت نمی‌توان آن‌را دید. با این روش، می‌توان اثرات بر هم زننده‌ی تقارن جهان را نیز توضیح داد و نتیجه گرفت که در ابتدای شکل‌گیری جهان نیز اثر مشابهی باعث بر هم خوردن توازن ماده و پادماده در جهان شده است.