علمیان در سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای (سرن) در نزدیکی ژنو با موفقیت پوزیترونیوم را با استفاده از تکنیک خنک‌کننده لیزری به دمای کمتر از منه‌ای صد درجه سانتی‌گراد رسانده‌اند. این پیشرفت در مجله علمی فیزیکس ریوی‌یو لترز منتشر شده و می‌تواند کلید حل یکی از بزرگ‌ترین معما‌های کیهان باشد چرا ماده در جهان از پادماده بیشتر است.
پوزیترونیوم چیست و چرا مهم است؟
پوزیترونیوم یک اتم منحصر‌به‌فرد است که از یک الک‌ترون (ماده) و یک پوزی‌ترون (پادماده) تشکیل شده. برخلاف هیدروژن که شامل پروتون و الک‌ترون است، در پوزیترونیوم دقیقا پنجاه درصد ماده و پنجاه درصد پادماده حضور دارد. این ویژگی آن را به سیستم ساده‌ای برای مقایسه رفتار ماده و پادماده تبدیل می‌کند.
دکتر روگرو کاراویتا، رهبر این تحقیقات در سرن، می‌گوید فیزیکدان‌ها عاشق پوزیترونیوم هستند. این یک اتم بی‌نظیر برای انجام آزمایش با پادماده است. لیسا گلاگلر، دانشجوی دکتری عضو تیم، اضافه می‌کند اگر تفاوتی بین ماده و پادماده وجود داشته باشد، ما امیدواریم بتوانیم آن را در این سیستم ساده‌تر از سیستم‌های پیچیده‌تر رصد کنیم.
چالش منجمد کردن و راه‌حل لیزری
تا پیش از این، سرد‌ترین دمای دستیابی برای پوزیترونیوم در خلأ حدود صد درجه سانتی‌گراد مثبت بوده است. اتم‌های پوزیترونیوم بسیار سبک هستند و بی‌وقفه در حرکتند که مطالعه آن‌ها را دشوار می‌کند. تیم سرن با به کارگیری تکنیک خنک‌کننده لیزری، که در آن نور لیزر برای جلوگیری از حرکت اتم‌ها به کار می‌رود، دمای نمونه را به زیر منه‌ای صد درجه سانتی‌گراد کاهش دادند.
پروفسور مایکل چارلتون، کارشناس پوزیترونیوم در دانشگاه سوانزی که در این مطالعه شرکت نداشته، این گام را بسیار دلگرم‌کننده توصیف می‌کند و می‌افزاید این روش در را باز می‌کند تا به عصر تازه فیزیک پوزیترونیوم نگاه کنیم. برای کاربرد‌های تحقیقاتی کامل، پوزیترونیوم باید تا نزدیک منه‌ای دویست و شصت درجه سانتی‌گراد سرد شود و روش لیزری مسیر رسیدن به این هدف را هموار کرده است.
رقابت جهانی و کاربرد‌های بالقوه
سرن تنها گروه‌ی نیست که به دنبال پوزیترونیوم منجمد است؛ گروه کی‌ای‌کی در توکیو نیز نتایج مشابه‌ی را منتشر کرده است. این علمی که پتانسیل‌های کاربردی این ماده چقدر وسیع است. وقتی الک‌ترون و پوزی‌ترون با هم ترکیب می‌شوند، حجم زیادی انرژی آزاد می‌شود که می‌تواند برای ساخت لیزر‌های پرتو گاما قدرتمند، تصویربرداری پزشکی، درمان سرطان و حتی به عنوان سوخت برای فضاپیما‌های آینده با سرعت نزدیک به نور به کار رود.
این تحقیق در کارخانه پادماده سرن انجام شده که اخیرا رکورد تولید و ذخیره اتم‌های پادهیدروژن (پادماده هیدروژن) را نیز شکسته است. سال گذشته تیم دیگری در سرن واکنش پادهیدروژن به گرانش را تست کرد و مشاهده کرد که به سمت پایین سقوط می‌کند، اگرچه هنوز مشخص نیست که شدت سقوط دقیقا برابر هیدروژن معمولی است یا خیر.
