پادماده چگونه به گرانش زمین واکنش نشان می‌دهد؟

مجله علمی ایلیاد - مدل استاندارد فیزیک ذرات هم موفق عمل کرده است و هم هنوز ناکامل است. از بین پرسش‌هایی که هنوز در این مدل پاسخ داده نشده این است که چرا بین ماده و پادماده در کیهان عدم تعادل وجود دارد. به همین خاطر آزمایش‌های زیادی تاکنون انجام شده تا مشخصات ماده و پادماده به‌صورت جزئی تعیین شود. دانشمندان اخیراً در تاسیسات سِرن آزمایش‌هایی را انجام داده‌اند تا خصوصیات بنیادی پروتون و پادپروتون را مقایسه کنند.

بر اساس مدل استاندارد، ماده و پادماده می‌توانند در نحوه‌ی تبدیل به ذرات دیگر با یکدیگر متفاوت باشند، ولی در اکثر خصوصیات دیگر مانند جرم باید مشابه یکدیگر باشند. کشف هر گونه تفاوتی بین جرم پروتون و پادپروتون و یا نسبت بار الکتریکی به جرم آن‌ها می‌توانند تقارن بنیادی موجود در مدل استاندارد را به هم بزند. این تقارن «CPT» نامیده می‌شود و شکسته شدن آن منجر به بروز پدیده‌ی جدید فیزیکی فراتر از مدل استاندارد می‌شود.

وجود تفاوت بین ماده و پادماده می‌تواند نشان دهد که چرا دنیا عموماً از ماده تشکیل شده است و پادماده در آن کمتر است؛ هر چند در زمان بروز بیگ‌بنگ باید میزان ماده و پادماده برابر بوده باشد.

بر اساس مدل استاندارد تفاوت بین ماده و پادماده آنقدر کم است که نمی‌تواند عدم تعادل موجود در جهان را توضیح دهد و به همین دلیل نمی‌توان مدل استاندارد را در این زمینه مدل کاملی دانست.

دانشمندان برای انجام اندازه‌گیری‌های لازم بر روی پروتون و پادپروتون، پادپروتون و یون‌های هیدروژن با بار منفی را در تله‌ی ذراتی که «تله پنین» نام دارد، محدود کرده‌اند. دانشمندان این اندازه‌گیری‌ها را بین سال‌های ۲۰۱۷ تا ۲۰۱۹ طی ۴ دور انجام دادند و نتایج جالبی گرفتند. آن‌ها دریافتند که نسبت بار به جرم پروتون و پادپروتون تا دقت ۱۶ در یک هزار میلیارد با یکدیگر برابر است. این نتیجه ۴ برابر دقیق‌تر از اندازه‌گیری‌های قبلی است.

بر اساس مدل استاندارد، اجسام مختلف در میدان‌های گرانشی مشابه در غیاب نیروی اصطکاک دارای شتاب‌های مشابهی خواهند بود. دانشمندان در این زمینه نیز آزمایش‌های خود را تحت نیروی گرانش زمین انجام دادند و به نتایج جالبی رسیدند. آن‌ها دریافتند که نحوه‌ی واکنش پروتون و پادپروتون نسبت به میدان گرانشی زمین کاملاً مشابه یکدیگر است.

نتایج این مطالعه در مجله‌ی Nature به چاپ رسیده است.