تمام ذرات بنیادی شناخته شده در عالم دارای جفتی با جرم یکسان و بار الکتریکی متضاد هستند که پادماده نامیده می‌شود. اما آیا می‌توان انتظار داشت پادماده همان واکنش ماده را نسبت به نیروهای بنیادی داشته باشد؟

فیزیکدانان سرن – مرکز مطالعات پیشرفته فیزیک ذرات – که به مطالعه واکنش پادماده نسبت به نیروهای بنیادی می‌پردازند، در تلاشند تا تایید کنند پادماده مانند ماده معمولی به گرانش پاسخ می‌دهد.

از آنجایی که تنها تفاوت ماده و پادماده در بارالکتریکی مخالفی است که حمل می‌کنند – هنگامی که این دو ذره به هم برسند، یکدیگر را از بین می‌برند – انتظار می‌رود واکنش یکسانی نسبت به گرانش داشته باشند.

خوشبختانه برای ما – موجودات مبتنی بر ماده – مقدار پادماده موجود در جهان بسیار ناچیز است. اما هیچکس نمی‌داند چرا. انفجار بزرگ که در لحظات اولیه شکل‌گیری عالم رخ داده است، مقادیر مساوی از ماده و پادماده تولید کرده است. اما چطور میزان برابر ماده و پادماده تبدیل به حالت کنونی شده است؟ قطعا برخی عوامل ناشناخته باعث ایجاد چنین عدم تعادلی شده است.

بنابراین فیزیکدانان باید به مطالعه دقیق پادماده بپردازند. مدل استاندارد فیزیک ذرات می‌گوید نباید هیچ تفاوت دیگری – به غیر از بار الکتریکی – میان ماده و پادماده وجود داشته باشد. با این وجود، اگر دانشمندان در مطالعه پادماده به اطلاعات جدیدی دست یابند، علم فیزیک ذرات متحول خواهد شد.

آن‌ها در اولین قدم نگاهی به اصول اولیه می‌اندازند. به عنوان مثال هر عنصر قابلیت جذب و یا ساطع کردن نور با طول‌ موج‌های مختلف را دارد. این طیف همانند اثر انگشت برای هر عنصر و منحصر به فرد است. با این حساب، پادماده باید همان طیفی را داشته باشد که ماده آن دارد. دانشمندان سرن در سال 2016 موفق به کشف این نکته شدند و گامی دیگر در تایید ویژگی‌های مشترک ماده و پادماده بود.

بررسی واکنش پادماه به گرانش

حال باید نحوه واکنش پادماده به گرانش بررسی شود. پیش‌بینی می‌شود که پادماده همانند ماده به گرانش پاسخ دهد و به سمت زمین سقوط کند. اما به علت بار الکتریکی مخالف، برخی گمان می‌کردند که شاید پادماده رفتاری عکس داشته باشد و به سمت بالا برود.

برای آزمایش این ایده، تیم محققان سرن آنتی پروتون‌ها و یون‌های هیدروژن با بار منفی را در یک دستگاه الکترومغناطیسی به نام «تله پنینگ» قرار دادند. زمانی که ذرات داخل این دستگاه قرار می‌گیرند، یک مسیر دوار را طی می‌کنند. دانشمندان می‌توانند با اندازه‌گیری فرکانس ذرات در حرکت در طی این مسیر، نسبت بار به جرم آن‌ها را محاسبه کنند. این نسبت باید برای ماده و پادماده یکسان باشد. در صورت مشاهده هر تفاوتی، دانشمندان نتیجه می‌گرفتند که واکنش آن‌ها به گرانش متفاوت است.

این آزمایش مشخص کرد پادماده نسبت به گرانش سقوط می‌کند، دقیقا همانند ماده. شاید این نتیجه بدیهی به نظر برسد، اما همچنان سوال‌های بی‌پاسخ بسیاری وجود دارد که باید برای رسیدن به پاسخ آن‌ها، آزمایشات بیشتری انجام شود.