هواپیمای جت مجهز به آشکارساز ذره علائمی را ثبت کرد که با هیچ‌یک از منابع شناخته‌شده برای ذرات پادماده همخوانی ندارد

وقتی هواپیمای جوزف دوایر (J.Dwyer) به مسیر اشتباهی پیچید و وارد یک ابر تندری شد تاوان اشتباهش را دید: این فیزیک‌دان جوی نه تنها مجبور شد درون یک توفان تندری هولناک پرواز کند بلکه وارد مه غیرمنتظره و اسرارآمیزی از پادماده نیز شد. هرچند پیش از این نیز معلوم شده بود که توفان‌های پرقدرت ذارت پوزیترون نسخه پادماده الکترون‌ها تولید می‌کنند اما پادماده‌ای که دوایر و تیمش مشاهده کردند، به گفته آنها، با هیچ فرایند شناخته‌شده قابل توئضیح نیست. دوایر که استاد دانشگاه نیوهمپشایر است می‌گوید «به حدی عجیب بود که چند سال است روی این مشاهده کار می‌کنیم.»

این پرواز ۶ سال پیش انجام شد اما تیم دوایر اکنون دارند نتایج را گزارش می‌کنند (نتایج این پژوهش زیر چاپ است و در ژورنال فیزیک پلاسما منتشر می‌شود). به گفته مایک بریگز (M.Briggs)، فیزیک‌دان مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا، که در این پژوهش مشارکت نداشت، «این مشاهده یک معما است.» یک ویژگی کلیدی پادماده این است که وقتی یک ذره از آن با همتای ماده معمولی‌اش تماس پیدا کند، هر دو فورا در فرایندی موسوم به «نابودی» به ذرات دیگری تبدیل می‌شوند. این مساله باعث شده پادماده بی‌نهایت نادر باشد. به هر حال، از مدت‌ها پیش معلوم شده بود که ذرات پوزیترون از طریق واپاشی رادیواکتیو اتم‌ها، و پدیده‌های اخترفیزیکی مانند ورود ناگهانی پرتوهای کیهانی از فضای بیرونی به درون جو تولید می‌شوند. در دهه گذشته، پژوهش‌های انجام شده توسط دوایر و دیگران نشان داده انست که توفان‌ها هم پوزیترون و همچنین فوتون‌های پرانرژی و پرتوهای گاما تولید می‌کنند.

دوایر زمانی که در موسسه تکنولوژی فلوریدا بود برای بررسی این پرتوهای گامای جوی یک آشکارساز ذره را روی یک هواپیمای جت گالفستریم نصب کرد، از همان نوع هواپیماهایی که معمولا توسط بیزنس‌من‌ها استفاده می‌شود. ۲۱ اوت ۲۰۰۹، خلبان مسیرش را به سمت چیزی تغییر داد که از صفحه رادارش به نظر می‌رسید ساحل جورجیا باشد. دوایر می‌گوید «اما در عوض، خطی از توفان‌های تندری بود و ما داشتیم مستقیم به سمتش پرواز می‌کردیم.» همواپیما با شدت بسیار زیاد به جلو و عقب تاب خورد و ناگهان با سرعت زیاد پایین رفت. دوایر می‌گوید «واقعا فکر کردم دارم می‌میرم.»

در آن دقایق هولناک، آشکارساز سه افزایش ناگهانی پرتوهای گاما را در سطح انرژی ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت ثبت کرد، که در واقع علامت مشخصه نابودی پوزیترون توسط الکترون است. دوایر و همکارنش می‌گویند هر یک از ایت افزایش‌های ناگهانی در پرتوهای گاما حدود یک پنجم ثانیه طول کشید و با پرتوهای گامایی با انرژی پایین‌تر نیز همراه بود. آنها نتیجه‌گیری کردند که آن پرتوهای گاما به خاطر طی کردن مسافتی انرژی‌شان را از دست دادند و محاسبه کردند که ابری از پوزیترون به ابعاد یک تا دو  کیلومتر هواپیما را احاطه کرده بود. اما فهمیدن اینکه چی چیزی چنین ابری تولید کرده بسیار دشوار یود. به گفته دوایر «ما ۵ سال تلاش کردیم تولید چنین ابری از پوزیترون را مدل کنیم.»

تخلیه الکترون‌ها از ابرهای باردار با سرعتی نزدیک به سرعت نور انجام می‌شود و می‌تواند پرتوهای گامای پرانرژی تولید کند در ادامه این پرتوها نیز وقتی به هسته یک اتم برخورد کنند می‌توانند یک جفت الکترون-پوزیترون تولید کنند. اما تیم دوایر پرتوهای گامای کافی که انرژی کافی برای انجام چنین کاری را داشته باشند، مشاهده نکرد. تبیین احتمالی دیگر این است که منشا آن پوزیترون‌ها پرتوهای کیهانی باشد، ذراتی از فضای بیرونی که با اتم‌های موجود در جو فوقانی برخورد می‌کنند و بارش‌هایی با عمر بسیار کوتاه از ذرات پرانرژی از جمله پرتوهای گاما تولید می‌کنند. به گفته دوایر «همیشه مثل یک نم‌نم باران سبک از پوزیترون‌هاست.» او می‌گوید در واقع باید مکانیزیمی وجود می‌داشت که پوزیترون‌ها را به سوی هواپیما کند. اما خود حرکت پوزیترون‌ها نیز نوع دیگری از تابش را به وجود می‌اورد که تیم دوایر آن را مشاهده نکرد.

جاسپر کرکبی (J.Kirkby)، فیزیک‌دان ذرات و رئیس آزمایشی در آزمایشگاه فیزیک ذرات مرکز تحقیقات هسته‌ای اروپا برای بررسی ارتباط احتمالی میان پرتوهای کیهانی و شکل‌گیری ابر است. کرکبی می‌گوید داده‌های این تیم «نشانه‌ای قطعی» از پوزیترون‌هاست اما تفسیر آنها به بررسی دقیق نیاز دارد. او در ادامه افزود به‌ویژه تخمین آنها از اندازه ابر پوزیترون متقاعد‌کننده نیست. اگر حق با کرکبی باشد و ابر پوزیترون کوچک‌تر از چیزی بود که تیم دوایر تخمین می‌زنند می‌تواند به این معنی باشد که پوزیترون‌ها تنها در همسایگی نزدیک هواپیما یا حتا روی خود هواپیما نابود شده‌اند. تاکساندر گورویچ (A.Gurevich)، فیزیک‌دان جوی موسسه فیزیک لبدف در مسکو، می‌گوید بال‌های هواپیما می‌توانستند به شدت باردار شوند و میدان‌های الکتریکی بی‌نهایت شدیدی در اطراف‌شان به وجود آورند تولید پوزیرتون را آغاز کنند.

دوایر برای پاسخ به این پرسش و سایر پرسش‌ها به مشاهدات تازه‌ای از درون ابرهای تندری نیاز دارد. برای این منظور او و سایرین بالن‌هایی را یک‌راست به میان سخت‌ترین توفان‌ها ارسال می‌کنند و بنیاد ملی علوم آمریکا نیز برنامه‌هایی برای نصب آشکارساز ذره روی یک هوایمای A10 دارد، هواپیمای زرهی ضدتانک که می‌تواند شدید‌ترین شرایط محیطی را تاب بیاورد. دوایر می‌گوید «درون توفان‌های تندری چشم‌انداز غریبی است که اکتشاف آن را تازه آغاز کرده‌ایم.»

Nature, May. 12, 2015

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *