کسبوکارهای نوپا: جین رادنبری، خالق سریال پیشتازان فضا، بسیاری از علوم واقعی را در چیزی که به یکی از موفقترین فرنچایزهای سریالی تمام دوران تبدیل شده است، گنجانده است. یکی از این علوم، موتورهای ماده/ضدمادهای است که به فضاپیمای انترپرایز نیرو میدهند و آن را قادر میسازند تا ظاهراً با سرعتی سریعتر از سرعت نور حرکت کند. در سال ۱۹۲۸، فیزیکدان بریتانیایی، پل دیراک، نشان داد که نسبیت انیشتین دلالت بر این دارد که هر ذره در جهان دارای یک ضدذره متناظر است که هر کدام جرمی برابر با ذره دوقلوی خود دارد، اما بار الکتریکی آن مخالف است. جستجو برای یافتن تأیید تجربی این فرضیه آغاز شد؛ یک دانشجوی فوق دکترای دانشگاه کلتک به نام کارل دی. اندرسون در این رقابت پیروز شد. اندرسون در سال ۱۹۰۵ از والدینی سوئیسی در شهر نیویورک متولد شد. وقتی ۷ ساله بود، خانوادهاش به لسآنجلس نقل مکان کردند و والدینش اندکی پس از آن طلاق گرفتند. اندرسون در سنین بسیار کم به حمایت از خانواده کمک میکرد، اما همچنان موفق به دریافت تحصیلات دانشگاهی در کلتک شد. او در ابتدا قصد داشت مهندسی برق بخواند، اما پس از گذراندن یک کلاس الهامبخش در این رشته، به فیزیک تغییر رشته داد.
او در نهایت مدرک دکترای خود را در رشته مهندسی فیزیک (که اکنون به عنوان فیزیک کاربردی شناخته میشود) از دانشگاه کلتک دریافت کرد. اندرسون بیشتر دوران حرفهای خود را در کلتک گذراند. تحقیقات اولیه او بر روی اشعه ایکس بود، اما سپس ویکتور هس در سال ۱۹۳۰ اشعههای کیهانی را کشف کرد. اندرسون به توصیه استاد راهنمای خود، رابرت ای. میلیکان، توجه خود را به مطالعه آن ذرات پرانرژی معطوف کرد. اکثر دانشمندان این کار را با استفاده از اتاقکهای ابری انجام میدادند: یک استوانه کوتاه با صفحات انتهایی شیشهای حاوی گازی اشباع شده با بخار آب. اگر یک ذره یونیزه کننده از اتاقک عبور کند، ردی از قطرات آب به جا میگذارد که میتوان از آن عکس گرفت. با اندازهگیری چگالی قطرات، دانشمندان میتوانند میزان یونیزاسیون تولید شده را محاسبه کنند – که نشان دهنده نوع ذرهای است که از آن عبور کرده است.
اندرسون نسخه بهبود یافته خود از اتاقک ابری را ساخت که شامل یک پیستون بود تا بتواند فشار را خیلی سریع کاهش دهد. او همچنین از مخلوطی از آب و الکل در اتاقک استفاده کرد. و او عکسهای بسیار بهتری نسبت به همکارانش به دست آورد. او محفظه خود را با یک آهنربای الکتریکی بزرگ احاطه کرد که باعث میشد مسیرهای ذرات یونیزه کننده به صورت مسیرهای دایرهای خم شوند. با اندازهگیری انحنای این مسیرها، او میتوانست تکانه ذرات را محاسبه کرده و علامت بار را تعیین کند. عکسهای حاصل، اندرسون را با آشکار کردن اینکه پرتوهای کیهانی رگبارهایی از ذرات با بار مثبت و منفی تولید میکنند، شگفتزده کرد و بارهای مثبت نمیتوانستند، همانطور که انتظار میرود، پروتون باشند، زیرا شعاع مسیر، فاصله توقف پروتون را بسیار کوتاهتر از طول مسیر مشخص میکند.
اندرسون و میلیکان حدس زدند که شاید ذرات با بار مثبت، الکترونهایی باشند که در جهت مخالف حرکت میکنند. برای آزمایش این فرضیه، اندرسون یک صفحه سربی در محفظه قرار داد. وقتی ذرات از صفحه عبور میکردند، از طرف دیگر با انرژی کمتری نسبت به زمان شروع حرکت خود خارج میشدند، بنابراین جهت حرکت قابل استنباط بود. در اوت ۱۹۳۲، اندرسون عکس تاریخی یک الکترون با بار مثبت (که اکنون به عنوان پوزیترون شناخته میشود) را که از صفحه سربی در محفظه ابر عبور میکرد، ثبت کرد.
این قطعاً یک ذره با بار مثبت بود و به سمت بالا حرکت میکرد. علیرغم شک و تردید اولیه جامعه علمی، نتیجه اندرسون سال بعد تأیید شد و دانشمندان به این نتیجه رسیدند که پوزیترون یکی از جفت الکترونهای مثبت و منفی است که هنگام تبدیل پرتو گاما به ماده تولید میشوند. کشف او، اندرسون را در سال ۱۹۳۶، در سن ۳۱ سالگی، به عنوان جوانترین فردی که به این افتخار نائل شده بود، به دریافت جایزه نوبل فیزیک رساند. پادپروتونها – پروتونهایی با بار منفی به جای بار مثبت معمول – توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی در سال ۱۹۵۵ کشف شدند و پادنوترون سال بعد کشف شد. ۳۰ سال دیگر طول کشید تا دانشمندان اولین پاداتمها را بسازند. در سال ۱۹۹۵، محققان سرن از حلقه پادپروتون کمانرژی (LEAR) برای کاهش سرعت پادپروتونها به جای شتاب دادن به آنها استفاده کردند.
با این کار، آنها موفق شدند پوزیترونها و پادپروتونها را با هم جفت کنند و نه پاداتم هیدروژن تولید کنند که هر کدام تنها ۴۰ نانوثانیه دوام میآوردند. در عرض سه سال، گروه سرن در هر ساعت تا ۲۰۰۰ اتم ضد هیدروژن تولید کرد. این هنوز برای دستیابی به نیروی محرکه ضد ماده عملی کافی نیست. برای سفر به مقاصد بین ستارهای به چندین تن ضد پروتون نیاز است، با این حال تأسیسات سرن در یک سال فقط به اندازهای ضد پروتون تولید میکند که بتواند یک لامپ ۱۰۰ واتی را به مدت سه ثانیه روشن کند. و این بدون در نظر گرفتن مقادیر عظیم انرژی مورد نیاز برای تأمین انرژی پرتوهای شدیدی است که ضد پروتونها را تولید میکنند.
با این وجود، در سال ۲۰۰۰ دانشمندان ناسا طرحهای اولیهای را برای یک موتور ضد ماده اعلام کردند که ممکن است قادر به سوخترسانی به یک سفینه فضایی برای سفر به مریخ با استفاده از تنها یک میلیونیم گرم ضد ماده باشد.
پوزیترون یک کاربرد مفید پیدا کرده است: توموگرافی انتشار پوزیترون (PET). این تصویربرداری پزشکیاین تکنیک از نابودی کم انرژی الکترونها و پوزیترونها برای تصویربرداری از عملکرد داخلی مغز استفاده میکند، هستههای رادیواکتیو را به بیمار تزریق میکند و جفتهای حاصل از پرتوهای گاما را مشاهده میکند. انرژی تولید شده برای تشکیل حتی سبکترین ذره و ضد ماده کافی نیست و در عوض به صورت دو پرتو گاما ظاهر میشود.
گروه آموزش
افزودن دیدگاه