آزمایش ساده

برای تصور جسم منفی ، ماهی باهوشی را تصور کنید که به سطح آب میآید و به قعر آن نمیرود. همچنین فرض کنید حباب‌هایی از داخل بطری که در کف اقیانوس قرار دارد به سمت بالا حرکت میکنند. ماهی باهوش با مشاهده حباب‌ها شدیدا علاقمند خواهند شد به آن جرمی منفی نسبت دهد. زیرا در خلاف جهت نیروی وارد از سوی جاذبه زمین حرکت میکنند. با این تصورات ، فیزیکدانان وجود چنین حالتی را برای پاد ماده غیر تحمل میدانند.

آینده پاد ماده

نویسندگان داستان غیر علمی ، تخیلی بر این باورند که میتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپیماهایی را به جلو راند. یک فضاپیمای مجهز به موتور ماده - پاد ماده در کسری از مدت زمان که امروزه یک فضاپیمای مجهز به موتور هیدروژن مایع لازم دارد تا به ستارگان همسایه خورشید برسد، ما را به آن سوی مرزهای منظومه شمسی (خورشیدی) خواهد برد. سرعت این چنین فضاپیمایی در مقایسه با سرعت شاتلهای فضاهای کنونی هم ، چون سرعت یک یوزپلنگ در مقابل لاک پشت است. این فضاپیما میتواند سفر یازده ماهه جستجوگر سیاره بهرام را یک ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعتهای بسیار بالا و نزدیک به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در کیهان ، سفر در زمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان ، به ما میآموزد که میتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصی از فضا-زمان را کمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است که پاد ماده به کمک ما میشتابد.

مکانیزم

اینکه اصلا پاد ذرات چیستند ، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای ماده‌ای خود چگونه رفتار میکنند، مدتی فیزیکدان را به خود مشغول کرد؟ ابتدا این تصور وجود داشت که پاد ماده در واقع تصویری از ماده در آینه است. این بدان مناست که پاذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینه جرم تصویری خود در دنیای ماده داشته باشند. بحث بار الکتریکی کاملا پذیرفته شده بود. اما جرم منفی بسیار دشوار مینماید. ویژگی دیگر پاد ذرات ، ویژگی نابودی در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در این انهدام مشترک هر دو نابود میشوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی که بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در میآیند. البته اگر این انرژی به اندازه کافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد ماده دیگری نیز تبدیل شود که این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یکدیگر و بیان فرمول معروف انیشتن است.

پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر بوجود میآیند. این وظیفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضیح اینکه چرا ما بیشتر ماده را میبینیم تا ضد ماده ، در تاریخ کیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخ کیهان آمده است که اولین سنگ بناهای ماده (مثلا کوارک و الکترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یکدیگر بوجود میآیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد میکنند و به صورت تشعشع فرو میپاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ، ذرات فوق سنگین نیز میتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا کوارک‌های بیشتری نسبت به آنتی کوارکها) ایجاد کنند. ذراتی که فقط در میان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه‌ها وجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت از فزونی ماده در برابر ضد ماده بود.

ضدماده

ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمین و سیارات ، خورشید و دیگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ایم. اما با تصور وجود یک جهان دیگر که مانند تصویر آینه‌ای جهان کنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ البته وجود چنین جهانی پذیرفته نیست. با این حال جهان ذرات زیر اتمی (الکترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنین همتایی دارد و هر یک از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند که به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مینامند.

تاریخچه

دیراک فیزیکدان معروف در 1928 چنین استنباط کرد که همه مواد میتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وی در آغاز نظریه خود را در مورد الکترون بیان کرد و اظهار داشت که باید ذراتی به نام ضد الکترون هم وجود داشته با شد. این گفته تحقق یافت و فیزیکدان آمریکایی کارل اندرسون در 1932 ضد الکترون و یا پوزیترون را کشف کرد. پس از اکتشاف دیراک و اندرسون ، سرانجام در اکتبر 1955 اییلوگسلر ، فیزیکدان اهل ایتالیا توانست در شتابدهنده بیوترون در آزمایشگاهی در کالیفورنیا پاد پروتون و یک سال بعد 1956 پاد نوترون را آشکار کند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولکول برآمدند.

گروهی از فیزیکدانان چینی که در "آزمایش راکتور نوترینوی خلیج دایا" کار می‌کنند موفق شدند نوع جدیدی از نوسان نوترینو را کشف کنند

نوترینوها به طور مداوم در هسته ستارگان و سایر واکنش‌های هسته‌ای تولید می‌شوند.

این ذرات بار الکترومغناطیسی ندارند و با سایر مواد به روشی به شدت ناچیز و از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی گرانشی فعل و انفعال می‌کنند. به همین دلیل، آشکارسازی آنها چالشی بزرگ برای بزرگ‌ترین آزمایشگاه‌های فیزیک ذرات دنیا به شمار می‌رود.

اساساً سه نوع نوترینو تاکنون شناخته شده است که شامل "نوترینوهای الکترونیکی"، "میون‌ها" و "تاوها" هستند. نوسان نوترینوها یا تغییر طعم این ذرات یکی از جالب ترین و اسرارآمیزترین پدیده های مربوط به نوترینوها است.

در سال 1957 برونو پونته کورو (Bruno Pontecorvo) فیزیکدان ایتالیایی و یکی از دانشجویان انریکو فرمی در گروه "پسران خیابان پانیس پرنا" که در آن زمان به اتحاد جماهیر شوروی نقل مکان کرده بود ایده ای را منتشر کرد که نشان می‌داد نوترینو می‌تواند در حالت ضد ماده خود (ضد نوترینو) نوسان کند.

محققان چینی "آزمایش راکتور نوترینوی خلیج دایا" و با استفاده از قوی‌ترین راکتورهای هسته‌ای "گروه انرژی هسته‌ای گواگدانگ چین" در زیر کوهستان توانستند در مدت کمتر از دو ماه (از 24 دسامبر 2011 تا 17 فوریه 2012) دهها هزار فعل و انفعال ضد نوترینوی الکترونیکی را رصد کنند. این راکتورها در هر ثانیه میلیون‌ها میلون میلیارد ضد نوترینو تولید می‌کنند.

این مشاهدات، اندازه جدیدی از پارامتری با عنوان "تتا 3-1" را ارائه کرد که می‌تواند نوترینوهای الکترونیکی و ضد ذرات آنها را اندازه گیری کند و نشان دهد که چگونه این ذرات با هم مخلوط می‌شوند و سایر طعم‌ها را می‌سازند.

اولین نتایج این تیم، پارامتر sin2 2 θ13 (سینوس 2 2 تتا 1 3) را برابر با 0.017± 0.092 اندازه گیری کرد.

این محققان در این خصوص توضیح دادند: "این، نوع جدیدی از نوسان نوترینویی است که به طور شگفت انگیزی ارزش بالایی دارد. اندازه گیری دقیق ما به درک بهتر نوسان و تغییر طعم نوترینوها و تقارن میان ماده و ضدماده جهان کمک می‌کند."

گروهی از دانشمندان "ام. آی. تی" برای اولین بار به صورت تجربی نشان دادند پلاسمایی که از یک ستاره همسایه به سطح یک ستاره نوترونی برخورد می‌کند، می‌تواند انفجارات گرمایی هسته‌ای تولید کند ستارگان نوترونی یا تپ اخترها (پالسارها) به طور مداوم ماده را از فضای پیرامون خود می‌مکنند و منجر به واکنش‌های بسیار خش گرمایی هسته‌ای می‌شوند که دانشمندان تاکنون تنها محاسبات تئوریک این انفجارات را انجام داده بودند. اکنون گروهی از دانشمندان موسسه تکنولوژی ماساچوست با رصد یک پالسار در خوشه کروی "ترزان 5" برای اولین بار توانستند اعتبار مدل‌های تئوریکی را که برای این پدیده‌های خشن به کار می‌روند تائید کنند. پالسار باقیمانده یک ابرنواختر است. فیزیکدانان نجوم از این ستارگان نوترونی برای مطالعه رفتار ماده فوق چگال استفاده می‌کنند. "فوق چگال" حالتی از ماده است که به فرض اگر خورشید ما به صورت کره‌ای به قطر چند کیلومتر فشرده شود به وجود می‌آید. مدل‌های تئوریک پیش بینی می‌کنند که در ستارگان نوترونی در جریان پدیده‌ای با عنوان "فرایند بهم پیوستگی"، پلاسمای ستارگان همسایه جدا می‌شود و با خشونت بسیار بالایی روی سطح پالسار فرود می‌آید و واکنش‌های گذاخت هسته همراه با انفجارات شدید را رقم می‌زند. در فاز آزادسازی انرژی پالسارها می‌توان مقادیر بالایی پرتوهای ایکس را از زمین ثبت کرد. تیم "ام. آی. تی" به منظور دستیابی به نتایجی درباره تائید این تئوری، دوره‌های اوج پرتوهای ایکس یک منظومه دوتایی از ستارگان را در مرکز راه شیری که بخشی از خوشه کروی ترزان 5 را می‌سازند اندازه گیری کردند. این پالس‌ها را تلسکوپ مدارگرد RXTE جمع آوری کرده بود. سپس براساس الگوهای مختلف ثبت شده توانستند نشان دهند که شدت و کاهش پالس‌های پرتوهای ایکس حاصل تغییراتی است که در جریان پلاسمایی رخ می‌دهد. نتایح این بررسی‌ها حاکی از آن است که درمدت چرخش پالسار، اصطکاک ممکن میان لایه‌های مختلف می‌تواند روی میزان اثربخشی گداخت هسته‌ای اثر بگذارد. ستاره نوترونی واقع در ترزان 5 در هر ثانیه 11 دور می‌زند که این به طور مطلوبی با مدل تئوریکی که تاکنون دانشمندان برای ایجاد یک فرایند گرمایی هسته‌ای ارائه کرده بودند سازگار است.

دانشمندان شتاب دهنده تواترون در آمریکا می گویند که نشانه های احتمالی ذره هیگز را در توده ای مشابه آنچه در تاسیسات اروپایی "ال اچی سی" مشاهده شده بود دیده اند.

هیگز یک ذره فرضی - از دسته بوزون ها - است که تصور می شود وجود آن باعث می شود سایر ذرات وزن داشته باشند. وجود هیگز تاکنون ثابت نشده است.

این یافته ها بر وزن نظریه ای می افزاید که می گوید هیگز در مجاورت وزن ۱۲۵ گیگاالتکرون ولت وجود دارد.

با این حال داده های تازه به خودی خود برای "کشف" نامیدن این یافته کافی نیست.

این نتایج در کنفرانس فیزیک موریوند در ایتالیا عرضه شد.

تواترون (Tevatron) واقع در آزمایشگاه ملی فرمیلب، برای دو دهه بهترین شتاب دهنده ذرات جهان بود اما در سال ۲۰۱۱ پس از شکست گفتگوها برای ادامه تامین بودجه آن بسته شد.

با این حال تواترون هم مثل همه تجهیزات مشابه داده های بسیار زیادی فراهم کرد که باید تحلیل شوند.

تازه ترین داده ها به وجود ذره ای در محدوده ۱۱۵ تا ۱۳۵ گیگاالکترون ولتی - این ۱۲۰ تا ۱۴۰ بار سنگین تر از پروتون هایی است که در هر اتم دیگر یافت می شود - با ضریب اطمینان ۲.۲ سیگما اشاره دارد.

این بدان معنی است که احتمال آنکه آنچه آنها در این مطالعه می بینند تصادفی باشد یک در ۳۶ است - خیلی غیرقاطعانه تر از آستانه "۵ سیگما"یی که فیزیکدان ها برای ثبت رسمی یک کشف استفاده می کنند.

با این حال آنچه این یافته را جالب می کند این است که کوبنده ذرات "ال چ سی" (Large Hadron Collider) در اروپا نیز به طور تلویحی شاهد "جهشی" در داده های خود با همان میزان جرم بود. این درحالی است که تفاوتی در آزمایش ها وجود داشت.

"ال اچ سی" پروتون ها را به همدیگر می کوبد درحالی که تواترون از پروتون ها و ضدپروتون ها - همتاهای ضدماده آنها - استفاده می کند.

هدف هر دو آزمایش تلاش برای یافتن ذره هیگز بود. دانشمندان برای این کار آنچه این ذرات پر انرژی به آنها فرسایش می یابند را تحلیل کردند.

در آزمایشگاه تواترون، داده ها حاصل تولید کوارک ها و ضدکوارک ها بود، درحالی که در کوبنده "ال اچ سی" هدف اصلی تولید ذرات نور یا همان فوتون هاست.

راب روزر سخنگوی "سی دی اف" یکی از دو یابنده تواترون به بی بی سی نیوز گفت: "این یک شتاب دهنده متفاوت، یابنده متفاوت و یک کانال متفاوت فرسایش است. تصویر را کامل تر می کند، که کم کم مجموعه قانع کننده تری می سازد. اما ما هنوز نمی توانیم آنطور که دلمان می خواهد قاطعانه اظهار نظر کنیم."

او افزود: "آرزو می کردم که یکی از ما اکنون داده های بیشتری داشت. خیلی کلافه کننده است."

دو یابنده اصلی در "ال اچ سی" به نام های "سی ام اس" و "اطلس" نیز نتایج خود را در نشست روز چهارشنبه اعلام کردند اما این آزمایش ها در مقایسه با نتایج ارائه شده در سال گذشته خیلی ارزشمند نیست.

البته این وضع در ادامه سال جاری کاملا عوض خواهد شد زیرا این تاسیسات تا پایان سال سه برابر داده های سال گذشته را تولید خواهد کرد.

اگر ذره هیگز وجود داشته باشد جاهای زیاد دیگری که ممکن است در آنها پنهان باشد وجود ندارد.

تونی وایدبرگ، فیزیکدان دانشگاه آکسفورد که در یابنده اطلس "ال اچ سی" کار می کند گفت که نتایج تواترون با ایده یک ذره هیگز "سبک" همخوانی دارد.

او به بی بی سی نیوز گفت: "جالب است چون یک اشاره خفیف دیگر است. احتمال آنکه سال را با کشف این ذره به پایان ببریم کمی بیشتر شده."

او گفت که چشم انتظار نتایج تازه "ال اچ سی" در ادامه سال جاری است: "تا پایان سال باید از نشانه های تلویحی فاصله بگیریم و یا به سمت کشف این ذره برویم یا مردود شناختن آن - هر دو نتیجه برایم هیجان آور است."

محققان دانشگاه ایالتی اوهایو موفق شدند با استفاده از روشی بدیع، نخستین تصویر از حرکت اتم‌ها را درون یک مولکول ثبت کنند. این روش راه را برای تعیین شکل دقیق مولکول و کنترل فرآیندهای شیمیایی فراهم می‌کند. محققان دانشگاه ایالتی اوهایو موفق شدند با استفاده از روشی بدیع، نخستین تصاویر حرکت اتم‌ها درون یک مولکول را ثبت کنند. در این روش، الکترون‌های یکی از مولکول‌ها به نوعی فلاش دوربین عکاسی تبدیل می‌شود. این روش به راه جدیدی برای عکس‌برداری از مولکول‌ها تبدیل شده است، اما روزی می‌تواند برای کنترل واکنش‌های شیمیایی در مقیاس اتمی به کمک دانشمندان بیاید. به گزارش پاپ‌ساینس، این تصاویر با استفاده از یک لیزر فوق‌سریع گرفته شده است، که به مدت 50 فمتوثانیه (هر فمتو معادل 10 به توان منفی 15است که یک میلیون میلیارد از آنها برابر یک می‌شود) به مولکول تابیده می‌شود تا یک الکترون منفرد را به خارج از پوسته خارجی مولکول پرتاب کند. این الکترون که از محل صحیح خود به بیرون پرتاب شده، در برگشت به شدت با مولکول برخورد می‌کند و در حین این فرایند چنان نوری تولید می‌کند که محققان برای عکسبرداری از مولکول نیاز دارند. با اندازه‌گیری سیگنال پراکنده الکترون در زمان برخورد با مولکول، آنها قادرند تا عملکرد داخلی مولکول را از جمله موقعیت هسته اتم‌ها را بازسازی کنند. علاوه بر این، از آنجایی‌که فاصله زمانی بسیار کوتاهی بین به بیرون پرتاب شدن و بازگشت الکترون به درون مولکول وجود دارد، محققان قادرند تا حرکت اتم‌ها را در ان بازه ثبت کنند. این روش حتی به آنها امکان می‌دهد تا یک فیلم فریم به فریم از حرکت اتمی درون مولکول تهیه کنند. برای انجام این آزمایش، محققان از مولکول‌های اکسیژن (O2) و نیتروژن (N2) استفاده کردند، زیرا ساحتار مولکولی آنها به خوبی شناخته شده است. مراحل بعدی شامل عکس‌برداری از مولکول‌های پیچیده‌تر، و نهایتا درک پتانسیل کنترل دقیق واکنش‌های شیمیایی در سطح اتمی است.

اگر فكر مي كني قانون گذارهاي دنيا، سياست مدارها و پول دارها هستند كاملاً اشتباه مي كني. قانون اساسي دنيا را فيزيك دان ها مي نويسند، نه هيچ كس ديگر. اين فيزيك دان ها هستند كه تعيين مي كنند كدام اتفاق ها اجازه دارند رخ بدهند و كدام ها اجازه ندارند. هر رخ دادي كه بخواهد حتي يكي از قانون هاي اساسي دنيا را نقض كند، اجازه ندارد اتفاق بيفتد - فيزيك دان ها در اين مورد با هيچ كس شوخي ندارند- تنها اتفاق هايي مي توانند روي بدهند كه همه ي قوانين اساسي را رعايت كنند و محترم بشمارند قانون اساسي دنيا، پنج ماده دارد ماده ي اول، پايستگي جرم و انرژي: هر اتفاقي كه بخواهد باعث از بين رفتن يا به وجود آمدن هم زمان جرم و انرژي شود، اجازه ندارد روي دهد. اتفاق ها طوري روي مي دهند كه در طول مدت هر اتفاق مجموع جرم و انرژي ثابت بماند. - مي دانيم كه اين حرف، براي فيزيك دان ها معني دارد. جرم و انرژي بر اساس فرمول معروف انيشتن، E=mc2 معادل هم اند [تصویر: 1451-2.jpg] همين ماده است كه اجازه نمي دهد آب سربالا برود، سيب را به سمت زمين مي كشد، باعث مي شود خورشيد گرم و روشن باشد و متأسفانه همين ماده بود كه هيروشيما و ناكازاكي را نابود كرد ماده ي دوم، پايستگي بار الكتريكي: هيچ اتفاقي نمي تواند باعث شود تعداد كل بارهاي مثبت يا منفي دنيا، كم يا زياد شود. چنين روي دادي اجازه ندارد اتفاق بيفتد. اتفاق ها طوري رخ مي دهند كه بار مثبت به منفي يا منفي به مثبت تبديل نشود و هيچ ذره ي بارداري به تنهايي خنثي نشود همين ماده است كه وقتي دست ات را مي كني توي پريز، مي كشدت!! البته كارهاي مفيدتري هم مي كند: لامپ را روشن مي كند، چرخ صنعت را مي گرداند! و رعد و برق ايجاد مي كند ماده ي سوم، پايستگي تكانه: امكان ندارد تكانه ي يك ذره آزاد، تغيير كند. يعني اگر سرعت آن زياد شود، بايد جرم اش كم شود و اگر جرم اش زياد شود، بايد سرعت اش كم شود. ذره ي آزاد، ذره اي است كه نه نيرويي به آن وارد مي شود نه گشتاوري. پس وقتي نيرو و گشتاور خارجي در سيستم نداريم - هميشه مي توانيم آن قدر سيستم را بزرگ كنيم كه نيرو و گشتاور خارجي نداشته باشيم- هيچ اتفاقي كه بخواهد تكانه سيستم را عوض كند، اجازه ندارد رخ بدهد دليل داغان شدن ماشين توي تصادف همين ماده است. به خصوص، اين كه هر چه ماشين تندتر برود توي تصادف بيشتر خراب مي شود، تقصير ماده مذكور است! هم چنين است گرداندن سيارات در مدارهاي حركتي شان، كه از نتايج همين ماده است [تصویر: 1451-3.jpg] ماده ي چهارم، پايستگي عدد كوانتومي: اين ماده شايد به نظرت كمي عجيب و غريب بيايد. شايد هم اصلاً تا به حال چيزي درباره اش نشنيده باشي. اول بگويم عدد كوانتومي چيست تا بعد درباره پايستگي اش توضيح بدهم همان طور كه آدم ها را با مشخصات فردي شان از هم تميز مي دهيم، ذرات مختلف را هم به وسيله ي مشخصات ويژه شان از هم تشخيص مي دهيم. فيزيك دان ها اغلب اين مشخصات را با يك سري عدد توضيح مي دهند كه بهشان مي گوييم اعداد كوانتومي. جرم، اندازه، بار واپسين ذره جزء اين اعداد كوانتومي هستند [تصویر: 1451-4.jpg] قانون پايستگي عدد كوانتومي، مي گويد اتفاق هايي در دنيا مي توانند رخ دهند كه در آن ها جمع عددهاي كوانتومي هر ذره در يك سيستم منزوي، هرگز تغيير نكند. پس در يك اتفاق مجاز،اگر يكي از اعداد كوانتومي ذره اضافه شود، حتماً يكي ديگر به همان مقدار كم شده است فايده ي خيلي مهم اين ماده، پيش بيني وجود ذرات است. مثلاً پائولي چون به اين قانون احترام گذاشت توانست وجود ذره اي به اسم "آنتي نوترينو" را پيش بيني كند. آن هم زماني كه هنوز هيچ دستگاهي ساخته نشده بود كه با آن بتوان نوترينو را ديد. هيجان انگيز است. نه؟ قبل از اين كه كسي ذره را ببيند، تمام مشخصات اش را به دقت مي دانيم. فيزيك دان ها الآن دارند دستگاهي مي سازند كه با آن ذره اي به نام هيگز را ببينند. سال هاست كه وجود اين ذره پيش بيني شده و همه ي مشخصات آن معلوم است. اما اگر شانس بياوريم، سه سال ديگر مي توانيم آن را ببينيم! [تصویر: 1451-5.jpg] ماده ي پنجم، قانون انرژي آنتروپي: فقط اتفاق هايي اجازه دارند رخ بدهند كه آنتروپي كل دنيا را زياد كنند يا آن را تغيير ندهند. هيچ روي دادي كه باعث شود آنتروپي دنيا كم شود نمي تواند اتفاق بيفتد. ( آنتروپي تقريباً نسبت گرما به دما براي هر سيستمي است فرآيندهايي هستند كه در آن ها آنتروپي دنيا بدون تغيير مي ماند. اين قانون به چنين فرآيندهايي كاري ندارد، آن ها مي توانند در جهت معكوس هم اتفاق بيفتند. به خاطر همين بهشان ميگوييم فرآيندهاي برگشت پذير. اما فرآيندهايي كه آنتروپي سيستم را تغيير مي دهند، يك "جهت طبيعي" دارند كه همان جهت افزايش آنتروپي است. اين ماده اجازه نمي دهد چنين فرآيندهايي بازگشت پذير شوند چون در جهت عكس، باعث كم شدن آنتروپي دنيا مي شوند همين ماده است كه باعث مي شود چاي داغ، سرد شود و اجازه نمي دهد آب استخر يك باره يخ بزند، يا همه ي مولكول هاي هوا در يك گوشه ي اتاق جمع شوند، درگوشه ي ديگر خلاء ايجاد شود و يك دفعه خفه شويم. خلاصه، اين ماده اجازه نمي دهد هيچ فرآيندي در خلاف جهت طبيعي اش اتفاق بيفتد

. گروهی از دانشمندان "ام. آی. تی" برای اولین بار به صورت تجربی نشان دادند پلاسمایی که از یک ستاره همسایه به سطح یک ستاره نوترونی برخورد می کند، می تواند انفجارات گرمایی هسته ای تولید کند. ستارگان نوترونی یا تپ اخترها (پالسارها) به طور مداوم ماده را از فضای پیرامون خود می مکنند و منجر به واکنشهای بسیار خش گرمایی هسته ای می شوند که دانشمندان تاکنون تنها محاسبات تئوریک این انفجارات را انجام داده بودند. اکنون گروهی از دانشمندان موسسه تکنولوژی ماساچوست با رصد یک پالسار در خوشه کروی "ترزان 5" برای اولین بار توانستند اعتبار مدلهای تئوریکی را که برای این پدیده های خشن به کار می روند تائید کنند. پالسار باقیمانده یک ابرنواختر است. فیزیکدانان نجوم از این ستارگان نوترونی برای مطالعه رفتار ماده فوق چگال استفاده می کنند. "فوق چگال" حالتی از ماده است که به فرض اگر خورشید ما به صورت کره ای به قطر چند کیلومتر فشرده شود به وجود می آید. مدلهای تئوریک پیش بینی می کنند که در ستارگان نوترونی در جریان پدیده ای با عنوان "فرایند بهم پیوستگی"، پلاسمای ستارگان همسایه جدا می شود و با خشونت بسیار بالایی روی سطح پالسار فرود می آید و واکنشهای گذاخت هسته همراه با انفجارات شدید را رقم می زند. در فاز آزادسازی انرژی پالسارها می توان مقادیر بالایی پرتوهای ایکس را از زمین ثبت کرد. تیم "ام. آی. تی" به منظور دستیابی به نتایجی درباره تائید این تئوری، دوره های اوج پرتوهای ایکس یک منظومه دوتایی از ستارگان را در مرکز راه شیری که بخشی از خوشه کروی ترزان 5 را می سازند اندازه گیری کردند. این پالسها را تلسکوپ مدارگرد RXTE جمع آوری کرده بود. سپس براساس الگوهای مختلف ثبت شده توانستند نشان دهند که شدت و کاهش پالسهای پرتوهای ایکس حاصل تغییراتی است که در جریان پلاسمایی رخ می دهد. نتایح این بررسیها حاکی از آن است که درمدت چرخش پالسار، اصطکاک ممکن میان لایه های مختلف می تواند روی میزان اثربخشی گداخت هسته ای اثر بگذارد. براساس گزارش PhysOrg ، ستاره نوترونی واقع در ترزان 5 در هر ثانیه 11 دور می زند که این به طور مطلوبی با مدل تئوریکی که تاکنون دانشمندان برای ایجاد یک فرایند گرمایی هسته ای ارائه کرده بودند سازگار است.

دانشمندان موزه ملی تاریخ دانمارک از وجود دلایل دیگری به جز گازهای گرم‌کننده جهان به عنوان دلیل یخ نزدن زمین در میلیاردها سال پیش و در زمان سردتر بودن خورشید خبر دادند

در ابر دوران ائون آرکئن در حدود 2.5 تا چهار میلیارد سال قبل،‌ پیش از ظاهر شدن اولین نشانه‌های پیشرفته حیات در زمین،‌ خورشید تنها از 70 درصد از درخشش امروزی خود برخوردار بود که به معنی دریافت گرمای کمتر در زمین و امکان انجماد آن بوده است.

با این حال، سنگ‌های باستانی در «ایسوا» در نزدیکی سواحل جنوب غرب گرین‌لند نشان دهنده وجود آب مایع و حتی حیات بر روی زمین در حدود 3.8 میلیارد سال قبل است.

از این رو دانشمندان بر این باورند که زمین در آن زمان باید در جایی میان نقطه انجماد و نقطه جوش آب قرار داشته و احتمالا به دمای امروزی بسیار نزدیک بوده است.

تناقض میان زمین منجمد که در آن سال‌ها به نظر باید وجود می‌داشت و دمایی که زمین از آن برخوردار بود، به عنوان «تناقض ضعیف خورشید جوان» خوانده می‌شود.

تاکنون ایده‌آل‌ترین توضیح برای این معما این بود که در آن زمان، تمرکز بیشتری از گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسیدکربن در جو به نسبت امروز وجود داشته است. این گازها با جذب حرارت خورشید، به گرم شدن زمین کمک می‌کنند.

اما برای توضیح تناقض ضعیف خورشید جوان توسط این گازهای گلخانه‌ای، تمرکز آنها باید بسیار بالا بوده و در خاک‌ها و رسوبات کهن ثبت می‌شد.

اکنون دانشمندان با بررسی سنگ‌های نسبتا بکر گرین‌لند دریافته‌اند که هیچ گواهی مبنی بر وجود چنین میزانی از گازهای گلخانه‌ای در آن زمان برای توضیح این فرضیه وجود ندارد.

توجیه جایگزین دیگری که برای این فرضیه ارائه شده بر این اساس است که در تاریخ اولیه زمین، قاره‌های کمتری وجود داشته و این حجم کم خاک به معنی پوشش ابری کمتر بوده است. در نتیجه این که زمین پوشیده از اقیانوس،‌ تاریک‌تر و قادر به جذب حرارت بیشتر بوده است.

تراز فرمی در نیمه رساناها

تراز فرمی در ماده ذاتی: ماده ذاتی ، ماده‌ای است که در آن تزریق باربر صورت نگرفته است و تراکم الکترونها در نوار هدایت با تراکم حفره‌ها در باند ظرفیت یکسان است و تراز فرمی باید در نقطه‌ای قرار بگیرید که حول آن تقارن تراکم باربرها وجود داشته باشد. لذا وسط فاصله بین دو باند هدایت و ظرفیت محل قرار گیری تراز فرمی است. که بر تراز ذاتی نیمه رساناها Ei منطبق شده است.

تراز فرمی در ماده نوع p: چون ماده نوع p در اثر تزریق اتمهای پذیرنده بوجود آمده‌اند در این مواد کمبود الکترون وجود دارد در عوض تعداد حفره‌ها زیاد بوده و حاملهای اکثریت‌اند و برای برقراری تقارن در تراکم باربرها تراز فرمی باید نزدیک باند ظرفیت که تراکم حفره‌ها در آن زیاد است قرار گیرد.

شکل تابع توزیع فرمی f(E)=1/1+e(E-EF)/KT

در دمای معمولی KT حدود 0.026 الکترون ولت است. معمولا از 1 ر مقابل تابع نمایی صرفنظر می کنند.

احتمال اشغال یک حالت انرژی در تراز فرمی

وقتی که یک حالت انرژی در تراز فرمی منطبق شود در واقع E=EF است که با استفاده از تابع توزیع (f(F بدست می‌آید که در چنین حالتی احتمال اشغال یک حالت انرژی در تراز فرمی بوسیله الکترونها برابر 1.2 است.

دیدکلی الکترونها در جامدات از توزیع آماری فرمی_دیراک پیروی می‌کنند که نمونه‌هایی دیگر از این نوع توابع آماری توزیع ماکسون بولتزمن برای ذرات کلاسیک (مانند گاز) و بوز انیشتین برای فوتونها است. در موقع توسعه این نوع آمار غیر قابل تشخیص بودن الکترونها ، طبیعت موجی آنها و اصل انحصار پاولی باید در نظر گرفته شود. تابع توزیع فرمی دیراک احتمال اشغال یک تراز انرژی توسط الکترونها در دمای T را بیان می کند و کمیت EF یعنی تراز فرمی که بطور نمایی در مخرج تابع احتمال فرمی ظاهر می‌شود در تحلیل رفتار نیمه رسانا از اهمیت زیادی برخوردار است. تابع احتمال بررسی تابع احتمال نشان می‌دهد که این توزیع دارای شکل مستطیلی به ازای (T=0 دما) است. یعنی در دمای (کلوین T=0) احتمال اشغال ترازهای انرژی توسط الکترون که از لحاظ انرژی پائین‌تر از انرژی فرمی هستند. برابر یک است. در صورتی که احتمال اشغال ترازهای انرژی توسط الکترون که از لحاظ انرژی پائین تر از انرژی فرمی‌اند برابر صفر است. اگر دما مخالف صفر کلوینی باشد. در ضمن اینکه احتمال اشغال حالتهایی با انرژی کمتر از انرژی فرمی کاهش می‌یابد بر احتمال اشغال حالت‌هایی با انرژی بیشتر از انرژی فرمی افزوده می‌شود و دما هر چه قدر افزایش یابد این روند ادامه می‌یابد. تقارن موجود در توزیع حالتهای پر و خالی در اطراف تراز فرمی ، این تراز را یک نقطه مرجع طبیعی در محاسبات مربوط به تراکم الکترونها و حفره‌ها در نیمه رساناها نموده است.

پژوهش جدید دانشمندان مرکز هسته یی اروپا (سرن) نشان داده که نوترینوهایی که به نظر می‌رسید یکی از بنیادی‌ترین نظریات انشتین را با حرکت در سرعت بیشتر نور به خطر انداخته‌اند، در حقیقا در محدوده سرعت نور قرار دارند.

سنجش‌های اخیر سرعت پرواز ذرات زیراتمی در مرکز تحقیقاتی سرن در ژنو به آزمایشگاه گران ساسو در ایتالیا نشانگر تضاد با ادعای پیشین دانشمندان در ماه سپتامبر در مورد خوانش اولیه سرعت بسیار بالا بوده که منجر به یک جنجال علمی شد.

از آن زمان به خصوص پس از انتشار اخباری در ماه گذشته مبنی بر امکان بروز اشکال در تجربه اوپرا که نتایج اولیه را به دست آورده، تردیدهای بیشتری در مورد این ادعا به وجود آمد.

بررسی‌های جدید که توسط محققان تجربه «ایساروس» (ICARUS) انجام شده با استفاده از داده‌های زمان‌دار مستقل و سنجش هفت نوترینو در پرتو اراسلی از سرن نشان داد که زمان این سفر دقیقا با سرعت نور منطبق بوده است.

ساندرو سنترو، کارشناس فیزیک انرژی بالا و سخنگوی تجربه ایساروس اظهار کرد که نتایج بررسی‌های جدید قطعی است.

سنترو در مصاحبه‌ای تلویزیونی پس از انتشار گزارش نتایج در روز جمعه گفت: سرعت نور و نوترینو مشابه است.

پژوهش جنجالی پیشین اوپرا به سنجش سفر نوترینو در مسیر 370 کیلومتری از سرن تا گران ساسو در 60 نانوثانیه پرداخته بود که از سرعت نور فراتر می‌رود.

سرگیو برتولوچی، مدیر تحقیقاتی سرن در بیانیه‌ای گفت: شواهد نشانگر دست‌ساز بودن نتایج به دست آمده از تجربه اوپرا است.

وی اما افزود که جامعه علمی باید دقیقتر عمل کرده و آزمایش‌های بیشتری برای ماه مه با استفاده از پرتوهای پالس‌دار بیشتری از سرن برای ارائه رای نهایی برنامه‌ریزی شده است.

دانشمندان بسیاری در مورد نتایج اولیه این آزمایش‌ها که نظریه نسبیت انیشتین را در مورد اینکه سرعت هیچ چیز به سرعت نور نمی‌رسد، رد کرده بود، مشکوک بودند. این نظریه پایه‌گذار بسیاری از فیزیک مدرن و علوم کیهان‌شناسی محسوب می‌شود.

تیم ایساروس که در همان آزمایشگاه گران‌ساوی موسسه ملی فیزیک اتمی ایتالیا در همکاری با پروژه اوپرا کار می‌کنند، پیش از این نتایج اولیه را زیر سوال برده بودند چرا که نوترینوها به نظر در مسیر سفر خود با وجود شکستن سد سرعت نور، انرژی از دست نداده بودند.

دانشمندان ایساروس در تجربه خود از محفظه عظیمی از آرگون مایع برای شناسایی ورود نوترینوها در آزمایشگاه گران‌ساسو استفاده کردند که در زیر کوهستان واقع شده است.

ذرات کوچکتر از اتم به طور مداوم اتخاذ تصميم مي‌کنند و عجيب‌تر اين که تصميمات اتخاذ شده بر اساس تصميماتي است که در جاي ديگر اتخاذ مي‌شود. ريز ذرات اتم به فوريت مي‌دانند که در جاي ديگر چه تصميمي اتخاذ شده است. مبناي استدلال فلسفه کوانتوم اين است که همه چيزهايي که در جهان به ظاهر منفرد و مستقل به نظر مي‌رسند در واقع اجزايي از يک کليت مستقل به شمار مي‌روند . دنياي علم به سختي مي‌کوشد به آن چه رهبران روحاني بشريت گفته‌اند دست يابد. در علم مکانيک کوانتوم در اين مسئله ذي حيات بودن ذرات عالم و دستورگيري از حقيقت ديگر تمايزي بين جاندار و بي‌جان وجود ندارد. تمامي اجزاء عالم ضمن اينکه در کار انفرادي خود عاري از نقص و خطا مي‌باشند در همان زمان با ذرات ديگر و با کل کائنات هماهنگ و همنوايند و به فواصل زماني احتياجي ندارند . [b]پاره‌اي از روانشناسان عصر جديد بعد از قبول اينکه انسان «مجموعه‌اي از نظام‌هاي جسماني و نظام‌هاي روحاني است» و «مجموعه انساني، مرکب از اين دو نظام است» تصريح کرده‌اند که هيچ نظام عرفاني و فکري فلسفي تاکنون نتوانسته کنش متقابل اين نظامات را توجيه و تفسير ‌نمايد . [b]دکتر ليال واتسن با اشاره به مطلب فوق مي‌گويد: تمامي نظام‌هاي وجودي يک انسان داراي خصوصيت مشترکي‌‌اند شبيه هولوگرام (اصل نگار تمام نگار) در عکاسي که بيانگر تاثير متقابل انسان و جهان پيرامون اوست . [b]واقعيت آن است كه ان چه ما در بالا به عنوان دليل علمي و يافته هاي علوم تجربي نقل نموديم اولا دليل نيست كه حداكثر يك شاهد و قرينه است كه در نهايت ميتواند «طرح فرضيه» نمايد كه در آن صورت صرفا منجر به توليد احتمال قوي و گمان قابل توجه مي‌شود. دوم اين كه قراين بالا چندان ارتباطي با تئوري راز ندارند بلكه شواهد «وحدت وجود» و «يگانگي هستي» است و علامت نوعي هماهنگي و همسويي در فعل انفعالات كائنات است. اين نكته ظريف را وين داير به زيبايي دريافته است و در هر چند از اينها براي تئوري راز هم نکاتي را استفادهنموده اما آثارش، مستندات بالا را به عنوان «دلايل وحدت وجود» ذكر كرده است