«دوقلوهای اهریمنی» در نوترون‌ها

«دوقلوهای اهریمنی» در نوترون‌ها

مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد این امکان وجود دارد که جهان سرشار از ذرات «آینه‌ای» باشد. این ذرات می‌توانند متراکم‌ترین ستاره‌های جهان را منقبض کرده و آنها را به سیاهچاله تبدیل کنند.
 
به گزارش ایتنا و به نقل از Space، در طبیعت تقارن‌هایی اساسی وجود دارند که منجر به قوانین فیزیک می‌شوند. به‌عنوان مثال، توانایی انجام یک آزمایش در فضا و رسیدن به نتیجه یکسان، منجر به قانون بقای اندازه حرکت می‌شود.
 
اما یکی از این تقارن‌ها یعنی تقارن بازتابی، همیشه رعایت نمی‌شود. تقارن بازتابی زمانی پدید می‌آید که به تصویر آینه‌ای یک واکنش فیزیکی نگاه می‌کنیم و تقریباً در همه موارد، دقیقاً نتیجه یکسانی می‌گیریم. به‌عنوان مثال، اگر یک توپ را به هوا پرتاب کنیم و آن را بگیریم، در آینه کاملاً یکسان به نظر می‌رسد؛ این یعنی که گرانش به تقارن بازتابی احترام می‌گذارد.
 
البته همه نیروها به یک شکل عمل نمی‌کنند. ناقض تقارن بازتابی، نیروی هسته‌ای ضعیف است. هر زمان که نیروی ضعیف در برخی از فعل‌وانفعالات ذرات درگیر شود، تصویر آینه‌ای آن تعامل متفاوت به‌نظر می‌رسد. برای اولین بار این اثر در طی یک آزمایش کلاسیک کشف شد مشاهده گردید که وقتی نسخه‌ای رادیواکتیو از کبالت از بین می‌رود، الکترون منتشر شده ترجیح می‌دهد در یک جهت (به‌ویژه، بر خلاف جهت چرخش کبالت) حرکت کند و نه در یک جهت تصادفی. اگر نیروی هسته‌ای ضعیف از تقارن بازتابی پیروی کند، آن الکترون‌ها نمی‌بایست «می‌دانستند» جهت حرکت کدام است.
 
فیزیکدانان نمی‌دانند که چرا تقارن بازتابی در جهان نقض شده است، بنابراین برخی از آنها، توضیحی بنیادی ارائه داده‌اند: شاید اصلاً نقض نشده باشد و ما به اشتباه به جهان نگاه می‌کنیم.
 
اگر وجود برخی از ذرات اضافی را قائل شویم، در اینصورت می‌توانیم تقارن بازتابی را دریابیم؛ البته نه صرفاً «برخی» از ذرات، بلکه «بسیاری» از ذرات و عبارتند از کپی آینه‌ای هر ذرهٔ تکی؛ در چنین حالتی، شاهد الکترونهای آینه‌ای، نوترونهای آینه‌ای، فوتونهای آینه‌ای، و بوزونهای آینه‌ای خواهیم بود. البته باید گفت که این مورد، با «ضدماده» تفاوت دارد؛ یعنی همان ماده طبیعی ولی دارای بار الکتریکی مخالف.
 
نام‌های دیگر ماده آینه‌ای عبارتند از «ماده سایه» و «ماده آلیس». با داشتن ماده آینه‌ای، بازتاب در جهان حفظ می‌شود: ماده عادی فعل‌وانفعالات چپ‌دست را انجام می‌دهد و ماده آینه‌ای فعل‌وانفعالات راست‌دست. بدین‌ترتیب، همه‌چیز مطابق با نظم ریاضی پیش می‌رود.
 
اما دانشمندان چگونه می‌توانند این ایده بنیادی را آزمایش کنند؟ از آنجا که تنها نیرویی که تقارن بازتابی را نقض می‌کند، نیروی هسته‌ای ضعیف است، پس تنها نیرویی است که می‌تواند یک «کانال» برای ماده عادی به‌منظور برقراری ارتباط با همتایان آینه‌ای خود فراهم کند. همچنین، باید گفت که نیروی ضعیف، واقعاً ضعیف است، بنابراین حتی اگر جهان مملو از ذرات آینه‌ای شود، به‌سختی بتوان آنها را تشخیص داد.
 
بسیاری از آزمایش‌ها، بر روی ذرات خنثی مانند نوترون‌ها متمرکز شده‌اند، زیرا فعل‌وانفعالات الکترومغناطیسی ندارند و بنابراین انجام آزمایش در چنین حالتی آسان‌تر است. جستجوی نوترون‌های آینه‌ای تاکنون بی‌نتیجه بوده؛ اما همچنان در این زمینه امید وجود دارد. این بدان دلیل است که چنین آزمایش‌هایی روی زمین رخ داده‌اند که دارای یک میدان گرانشی فوق‌العاده قوی نیست. اما فیزیکدانان نظری پیش‌بینی می‌کنند که یک میدان جاذبه بسیار قوی، می‌تواند ارتباط بین نوترون‌ها و نوترون‌های آینه‌ای را تقویت کند. خوشبختانه، طبیعت قبلاً یک دستگاه آزمایشی بسیار برتر برای شکار مواد آینه‌ای ساخته است: ستاره‌های نوترونی.
 
ستاره‌های نوترونی هسته‌های باقیمانده از ستاره‌های غول پیکر هستند. آنها فوق‌العاده متراکم‌اند؛ به‌گونه‌ای که جرم یک قاشق چایخوری از ماده تشکیل‌دهنده ستاره نوترونی، حتی از اهرام ثلاثه هم بیشتر است و البته بسیار هم کوچک هستند. ستارگان نوترونی اساساً هسته‌های اتمی در حدواندازه یک شهر معمولی هستند که از نوترونهای منفرد تشکیل شده‌اند که با نیروی زیادی به هم پیوند داده شده‌اند.
 
با توجه به این فراوانی باورنکردنی نوترون به‌همراه میدان گرانشی شدید (ارتفاع بلندترین «کوه»‌های موجود در ستاره‌های نوترونی به‌ندرت به یک سانتیمتر می‌رسد)، باید انتظار وقوع اتفاقات عجیب‌وغریبی را داشت. این مطالعه جدید پیشنهاد می‌کند که یکی از این موارد، تبدیل گاه‌به‌گاه نوترون‌ها به نسخه‌های آینه‌ای آنهاست.
 
وقتی یک نوترون به نوترون آینه‌ای تبدیل می‌شود، چند اتفاق می‌افتد. نوترون آینه‌ای هنوز درون ستاره قرار دارد؛ بنابراین تابع گرانش است و نمی‌تواند جایی برود. اما نوترون‌های آینه‌ای در فعل‌وانفعالاتی که دانشمندان در ستاره‌های نوترونی تشخیص می‌دهند مشارکت ندارند، به همین دلیل شیمی درون ستاره نوترونی کمی تغییر می‌کند. این نوترون‌ها با مجموعه‌ای از فعل‌وانفعالات جالب توجه اتمی، در زندگی «ستاره نوترونی آینه‌ای» مشارکت می‌کنند. اما این مشارکت درون ستاره نوترونی، از دید ما پنهان است. با تبدیل تدریجی نوترون‌ها به نوترون‌های آینه‌ای، ستاره منقبض و تقریباً ۳۰ درصد کوچکتر می‌گردد.

ستاره‌های نوترونی می‌توانند با یک فرآیند مکانیکی کوانتومی موسوم به «فشار تبهگونی» خود را از وزن خردکننده گرانش مصون نگه دارند. اما این فشار محدود است و هرچه که تعداد نوترون‌های معمولی کمتر باشد، این محدودیت هم کاهش می‌یابد. اگر نسبت تبدیل نوترون‌های معمولی به نوترون‌های آینه‌ای ۱:۱ باشد، در اینصورت بیشترین جرم یک ستاره نوترونی، ۳۰ درصد کمتر از میزان مورد انتظار ما خواهد بود. اگر ستاره از این حد پرجرم‌تر باشد، به سیاهچاله‌ تبدیل خواهد شد.
 
گفتنی است دانشمندان ستاره‌های نوترونی بزرگتر از این را مشاهده کرده‌اند که ممکن است در نگاه اول به این معنی باشد که مفهوم ماده آینه‌ای با بن‌بست روبرو شده و ما باید در پی یافتن توضیح دیگری برای نقض تقارن آینه‌ای باشیم. اما کار به همین جا ختم نمی‌شود: درست است که جهان قدمت بسیار زیادی دارد؛ یعنی ۱۳٫۸ میلیارد سال، ولی ما نمی‌دانیم که این روند به چه مدت‌زمانی احتیاج دارد. شاید ستاره‌های نوترونی از زمان کافی برای انجام چنین فعل‌وانفعالاتی برخوردار نبوده باشند.
 
نکته جالب در مورد ستاره‌های نوترونی این است که دانشمندان به‌طور مداوم آنها را نگاه می‌کنند. با یافتن و مشاهده ستارگان نوترونی بیشتر، شاید در برخی از آنها نشانه‌های حاکی از وجود آینه‌ای پنهان پیدا کنند و شاید بتوانیم آن را به‌جرأت بخش «اهریمنی» جهان بنامیم!

منبع:ایتنا

ارسال دیدگاه