پادماده هاي زمين

مهر: ردیاب های تلسکوپ فضایی فرمی که ویژه رصد پرتوهای گاما طراحی شده، توانسته ذرات پوزیترون را به مدت 30هزارم ثانیه در توفان های تندری زمین ردیابی کند. دانشمندان پروژه تلسکوپ فرمی این پدیده را به شکل انفجار متمرکز پرتوهای پوزیترونی در رعدوبرقی برفراز آسمان نامیبیا مشاهده کنند. در زمان وقوع این پدیده، تلسکوپ فرمی 5هزار کیلومتر با رعدوبرق فاصله داشت.

پوزیترون، پادماده الکترون است و هرچند جرمش با جرم الکترون برابر است، اما بار الکتریکی و دیگر خواصش مخالف الکترون است. در صورت برخورد ماده و پادماده با یکدیگر، مانند الکترون و پوزیترون، هردوناپدید شده و به انرژی تبدیل می شوند.

پادماده را نخستین بار پل دیراک، فیزیک دان انگلیسی و برنده جایزه نوبل در اوایل قرن بیستم پیش بینی کرد. اکنون سال هاست که دانشمندان می دانند پرتوهای گامایی که در اثر برخورد توفان های خورشیدی به جو زمین پدید می آید، می توانند در فرآیند تشکیل زوج ذرات، الکترون و پوزیترون به وجود بیاورند. وقتی پرتوهای گاما در انرژی خاصی به یک اتم برخورد کنند، می توانند زوج ذره الکترون و پوزیترون را به وجود بیاورند.

زمین پیوسته توسط پرتوهای خورشید، پرتوهای کیهانی رسیده از فضاهای دور و دیگر ذرات پرانرژی بمباران می شود و بنابراین همیشه تعدادی پوزیترون در هر شبانه روز دیده می شودد؛ اما جهت حرکت، تعداد و انرژی ذراتی که ردیاب های تلسکوپ فرمی آشکار کرد، با انواع معمولی متفاوت بود. تلسکوپ فرمی توانست حدود 100هزار میلیارد پوزیترون را آشکار کند که منبع آن، رعدوبرقی در آفریقا بود و ذرات فوران یافته از آن تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین به سوی تلسکوپ منحرف شده بودند.

شبیه سازی های رایانه ای دانشمندان انستیتو فناوری فلوریدا 3 مرحله اصلی را برای خلق این ذرات نشان می دهد. در ابتدا، میدان الکتریکی بخش های فوقانی توده توفانی، بهمنی از ذرات الکترون را ایجاد می کند که به سوی بالا پرتاب می شوند. الکترون ها در برخورد با مولکول های جو، منحرف می شوند و پرتوهای گاما آزاد می کنند که قوی ترین پرتوهای الکترومغناطیس است. تصویر شماره1 ، این رویداد را نشان می دهد که 0.2 میلی ثانیه پس از رعدوبرق، بهمن الکترونی به ارتفاع 15 کیلومتری از سطح زمین رسیده است.

در برخورد پرتوهای گاما با الکترون ها، عکس پدیده کامپتون اتفاق می افتد و الکترون ها آن قدر انرژی می گیرند که سرعتشان به نزدیکی سرعت نور می رسد. برخی از این پرتوهای گاما نیز از نزدیکی هسته اتم ها می گذرند که در آن جا، پرتوهای گاما به یک زوج ماده-پادماده یعنی الکترون و پوزیترون تبدیل می شوند. انررژی این زوج ذرات به قدری زیاد است که به راحتی از میدان گرانشی زمین فرار می کنند؛ هرچند که به دلیل تاثیر میدان مغناطیسی زمین بر بار الکتریکی آن ها، در مسیری مارپیچی از زمین دور می شوند. عکس شماره 2، این پدیده را در 1.4 میلی ثانیه پس از رعدوبرق نشان می دهد.

و عکس شماره 3 که 1.98 میلی ثانیه پس از رعدوبرق گرفته شده، موقعیت ذرات الکترون و پوزیترون را در ارتفاع مدار ماهواره ها نشان می دهد، جایی که برخورد پوزیترون ها با الکترون های درون تلسکوپ فرمی، پرتوهای گامای خاصی را به وجود آورد که آشکارسازهای فرمی آنها را ردیابی کردند.

این کشف بنیادین جدید نشان می دهد سیاره ما چگونه کار می کند. ایده وجود توفان های تندری که می توانند پادماده ایجاد کنند و آن را به فضا پرتاب کنند، اکنون فراتر از داستان های علمی تخیلی است. هرچند هنوز جزئیات زیادی درباره چگونگی فرآیند رعدوبرق وجود ندارد، اما کشف خلق پوزیترون در رعدوبرق می تواند راهنمای مهمی برای درک این پدیده جوی باشد.