آغاز فعالیت شکارچی ضد ماده در فضا/ جستجوی مواد عجیب در ذرات کیهانی

به گزارش خبرنگار مهر، دانشمندان سرن با همکاری اسا و بیش از 500 محقق از 16 کشور به سرپرستی "ساموئل تینگ" برنده نوبل 1976 فیزیک به منظور شکار ضد ماده دستگاه جدیدی به نام AMS (آلفا طیف نگار مغناطیسی) را ساخته اند.

این دستگاه قرار است روز پنجشنبه 26 آگوست در یک مخزن آلومینیومی و پلی کربناتی بسته بندی شده و همراه با هواپیمای باری C-5M Super Galaxy  نیروی هوایی ارتش آمریکا از سرن سوئیس در یک پرواز 11 ساعته به پایگاه کیپ کارناوال ناسا در فلوریدا منتقل شود.

AMS که تمام آزمایشات خود را در سرن با موفقیت پشت سر گذاشته قرار است 26 فوریه 2011 همراه با آخرین پرواز ماموریتهای شاتل به ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) حمل شود.

گروه فناوریهای نوین خبرگزاری مهر در این راستا مصاحبه ای را با "روبرتو باتیستون" (Roberto Battiston) استاد فیزیک عمومی دانشگاه پروجا، عضو موسسه فیزیک هسته ای ایتالیا (INFN) و مسئول ایتالیایی این پروژه در شورای تحقیقات هسته ای اروپا (CERN) در ژنو سوئیس انجام داده است که در ادامه می خوانید:

* خبرگزاری مهر - گروه فناوریهای نوین: به عنوان اولین سئوال بفرمائید چگونه و از چه زمانی اولین ایده ساخت AMS شکل گرفت؟

- روبرتو باتیستون: ایده اولیه AMS در سال 1994 شکل گرفت زمانی که گروهی از دانشمندان در آزمایش L3 در سرن مشغول به کار بودند که من هم در میان آنها حضور داشتم. این گروه تلاشهایی را برای توسعه دستگاهی به منظور مطالعه بر روی ذرات در فضا آغاز کردند. در این راستا با دانیل گولدین رئیس وقت ناسا دیدار کردیم و ایده اولیه پروژه ساخت یک ردیاب ذرات برپایه میدان مغناطیسی در سرن را به وی معرفی کردیم و توضیح دادیم که این دستگاه به اندازه ای بزرگ است که می تواند برای استفاده در ایستگاه فضایی بین المللی کاملا مناسب باشد. در ابتدا قرار ملاقات ما با گولدین نیمساعت بود اما به دلیل اینکه پروژه بسیار جالب و بزرگ بود سه ساعت به طول انجامید. به خصوص که این پروژه تنها آزمایشی بود که در ایستگاه فضایی بین المللی برای پیدا کردن ضد ماده انجام می شد. اولین آزمایش ما در یک پرواز 12 روزه شاتل در سال 1998 برای بررسی قابلیت تحقق این ایده آغاز شد. سپس ماموریت بررسی فعالیت AMS به صورت مدلسازی در روی زمین به مدت سه سال به طول انجامید.

* AMS آماده است تا روز پنجشنبه 26 آگوست (4 شهریور) از سرن به پایگاه کندی کیپ کارناوال فلوریدا منتقل شود اما 26 فوریه 2011 (7 اسفند) همراه با آخرین پرواز شاتل به طرف ایستگاه فضایی پرتاب خواهد شد. آیا در این فاصله زمانی، بر روی این دستگاه همچنان آزمایشاتی انجام خواهد شد یا خیر؟

- این دستگاه در روزهای گذشته آزمایشات بسیار دقیقی را در سرن پشت سر گذاشته است. این آزمایشات با آزمایش دسته پرتوهای با انرژی بالا در لابراتوار سرن در ژنو پایان یافت. آزمایشاتی که در پایگاه کندی انجام خواهد شد مربوط به سیستمهای برق دستگاه است که قرار است به شاتل و به ایستگاه فضایی متصل شوند. این آزمایشات AMS را برای پرتاب با شاتل اندیور در 26 فوریه و یا حتی پرتاب با پرواز شاتل دیسکاوری در اول نوامبر آماده خواهند کرد.

* مهمترین بخشهای این دستگاه کدامند؟

- این دستگاه یک ردیاب ذرات است که در یک میدان مغناطیسی کار می کند و می تواند بارانی از تمام ذراتی را که به آن برخورد می کند دریافت، اندازه گیری و شناسایی کند. برای مثال اگر در تهران باران بسیار شدیدی بیاید که از میلیاردها میلیارد قطره شفاف تشکیل شده باشد این دستگاه می تواند به صورت روزانه تمام این میلیاردها میلیارد قطره شفاف را اندازه گیری و شناسایی کند. بنابراین دستگاه AMS قادر است میلیاردها میلیارد ذره ای را که از مسیرش عبور می کنند جمع آوری کند و این کار را با بخشهای مختلفی انجام می دهد. از جمله این بخشها می توان به ردیاب انتقالی، تحلیلگر زمان پرواز و گرماتاب مغناطیسی اشاره کرد. دستگاه گرماتاب مغناطیسی که مغناطیسی تصفیه شده از مسیر عبور ذرات را  اندازه گیری می کند قادر است میدان مغناطیسی مثبت و منفی و یا همان ماده و ضدماده را از هم تفکیک کند. این دستگاه می تواند با دقت بالایی این میدانهای مغناطیسی را تصفیه کند و توانایی اندازه گیری ذرات پرتوهای کیهانی را با دقت 10 بخش بر میلیون یا 10 میلیونیم متر دارد و می تواند نشان دهد که کدامیک از این مغناطیسها منفی بوده و بنابراین مربوط به ضد ماده هستند.

دستگاه AMS آماده عزیمت به فلوریدا

* آیا این ردیاب لزوما تنها برای قرار گرفتن بر روی بخش خارجی ایستگاه فضایی سازگار شده است و یا اینکه حتی می توانست به صورت یک ماهواره همراه با یک موشک برای مثال آریان 5 در مدار قرار گیرد؟

- ایستگاه فضایی بین المللی کم و بیش همان لابراتوار سرن است که در فضا قرار دارد. در سرن ردیابهای پیشرفته ای وجود دارند که ذرات را اندازه گیری می کنند. بنابراین ایستگاه فضایی هم از قابلیت بالایی برای داشتن چنین دستگاههایی برخوردار است. به علاوه در ایستگاه فضایی افرادی هستند که در صورت نیاز می توانند وضعیت این دستگاه را از نزدیک کنترل کنند. به علاوه قرار دادن دستگاه بزرگی در ابعاد AMS در یک ماهواره بسیار پر هزینه است. بنابراین وقتی ایستگاه فضایی که نسخه فضایی سرن است وجود دارد می توان از امکانات آن استفاده کرد.

* به نظر شما نصب دستگاههایی مثل AMS در ایستگاه فضایی بین المللی می تواند به دلیل مهمی برای افزایش دوران زندگی این ایستگاه تبدیل شود؟

- در سال 1994 گولدین معتقد بود که داشتن یک ایستگاه فضایی بین المللی دقیقا برای همین مسئله است. ویژگی این ایستگاه تبدیل شدن به یک لابراتوار بزرگ فضایی است. در حال حاضر دستگاههای مختلفی در این ایستگاه نصب شده اند و به خصوص ژاپنیها در سالهای اخیر در توسعه دستگاههایی برای انجام آزمایشات فضایی در این ایستگاه تلاشهای بسیاری کرده اند اما متاسفانه شاتلها به دوران بازنشستگی خود نزدیک می شوند و قرار است پس از پایان ماموریت شاتلها کسپول روسی سایوز فضانوردان را به ISS برساند. شاتل برای حمل دستگاههای بزرگی چون AMS به اندازه کافی گنجایش دارد اما کپسول سایوز نسبت به شاتل بسیار کوچک است. بنابراین برای تبدیل کردن ایستگاه فضایی به یک لابراتوار بزرگ و مجهز، آژانسهای فضایی اروپا و ژاپن باید پرتابگرهای جدیدی را توسعه دهند که همانند شاتل قابلیت حمل دستگاههای بزرگ و پیچیده را داشته باشند.

* ماموریت AMS چند سال به طول خواهد انجامید؟

- همانطور که می دانید ایستگاه فضایی بین المللی از سوی آژانسهایی فضایی حداقل تا سال 2020 مورد استفاده قرار خواهد گرفت که احتمالا این تاریخ به سال 2028 نیز خواهد رسید. AMS نصب شده بر روی این دستگاه به هیچ نوع ماده ای برای مصرف نیاز ندارد و بنابراین می تواند به مدت 18 سال یعنی تا زمان پایان کار ایستگاه به طور مداوم اطلاعات خود را جمع آوری و ارسال کند. به طور حتم 18 سال مدت زمان بسیار خوبی برای دستیابی به نتایج بسیار بزرگی خواهد بود.

* در این پروژه علاوه برای ناسا و سایر موسسات ملی، سازمانهای بسیار عظیم بین المللی به ویژه اسا و سرن حضور دارند. آیا حضور این سازمانها در این پروژه به منزله اهمیت بالای آن است؟

- اسا و سرن نقش بسیار مهمی در این پروژه ایفا می کنند به ویژه آنکه بخش اعظم گروهی که در ساخت AMS همکاری می کنند همگی از موسسات تحقیقاتی اروپا هستند و گروهی که در بخش فیزیک ذرات سرن کار می کنند نیز همه از جامعه علمی اروپا گردهم آمده اند. بنابراین کاملا طبیعی است که آزمایشات تمام ردیابها و ابزارهای مربوط به AMS که در ایتالیا، آلمان، اسپانیا، هلند، فرانسه و سوئیس ساخته شده اند برای نصب بر روی یک دستگاه واحد و انجام آزمایشات به سرن منتقل شوند. ما از سالها قبل در این لابراتوار بزرگ برای ساخت این دستگاه کار می کنیم. به موازات سرن، اسا نیز امکانات ویژه ای را در لابراتوار خود در هلند در اختیار ما قرار داد تا در آن به بررسی رفتار AMS در مخزنهای ایستگاه فضایی بین المللی بپردازیم. همچنین اسا برای انجام آزمایشات نهایی کمکهای بزرگی را به ما ارائه کرد.

هواپیمای C-5M Super Galaxy  که قرار است AMS با خود حمل کند

* شما نتایجی را که ممکن است این ماموریت در آینده ارائه کند چگونه ارزیابی می کنید؟

- AMS به فضا خواهد رفت تا پرتوهای کیهانی را با دقتی که تاکنون بدان نرسیده بودیم مورد مطالعه قرار دهد. ماموریت این دستگاه جستجوی نوع جدیدی از ماده یا همان ضد ماده است که در ابتدای تشکیل جهان وجود داشته و بعد ناپدید شده است. این ماده همان ماده تاریک است که بخش وسیعی از جهان را در بر گرفته است. به طوریکه بیش از 90 درصد از جهان با ماده ای که ما از آن ساخته شده ایم متفاوت است و تنها با کمک اثر لنز گرانشی می توان به صورت غیر مستقیم آن را مشاهده کرد. ما همچنین با کمک این دستگاه به دنبال گروه دیگری از مواد، معروف به "ماده عجیب" هستیم. این ماده محتوی ذرات عجیبی است که امکان تولید آنها هرگز در لابراتوار وجود ندارد. ماده عجیب در حقیقت حالت فوق متراکم ماده است که از "کوارک بالا" (quark up)، کوارک پایین (quark down) و کوارک عجیب (quark strange) تشکیل شده است. بنابراین چیزی که ما ساختیم به دنبال کشفیات جدیدی خواهد گشت که در این مورد باید به خودمان تبریک بگوییم. ما منتظر کشف مسائل علمی بسیار جدیدی هستیم که حتی در پیش بینی های ما نیز در نظر گرفته نشده اند.

* کشف ضدماده چه در عرصه فیزیک کیهانی و چه در عرصه فیزیک تجربی چه نقشی خواهد داشت؟

- در سال 1933 با کشف ضد پروتون و پس از آن کشف ضد پوزیترون و ضد الکترون دانشمندان کشف کردند که برای هر ذره یک ضد ذره نیز وجود دارد به طوری که از آن زمان این به صورت یک قانون مهم در فیزیک ذرات درآمده است. اما چیزی که ما هرگز موفق به مشاهده آن نشده ایم شکل پیچیده ضد ماده است. ما در لابراتوار موفق شدیم ضد ذرات دوتریم را ایجاد کنیم به طوری که برای یک الکترون دوتریم یک ضد الکترون دوتریم و برای یک پروتون دوتریم یک ضد پروتون ایجاد کردیم. همچنین ما در سرن توانستیم هزاران ضد پروتون و ضد الکترون هلیم را بسازیم اما هرگز نتوانسیم هسته ضد کربن، هسته ضد هلیم و یا هسته ضد دوتریم را ایجاد کنیم چرا که در روی زمین امکان ساخت ضد ماده وجود ندارد. اما ما کشف کردیم که دربخشی از فضا که از ما بسیار دور است اشکالی از ضد ماده وجود دارد. همچنین با بررسی نوری که از کهکشانهای بسیار دور به ما می رسد می توانیم بفهمیم که این نور از ماده است و یا ضد ماده. به طوریکه نوری که از یک اتم ساطع شده است از نوری که از یک ضد اتم آمده است قابل تمایز است و بنابراین بررسی این نور و ذرات سنگین در یک میدان مغناطیسی توسط AMS می تواند در شناسایی ضد مواد پیچیده به ما کمک کند.

----------------------------------------------
   گفتگو: هدی عربشاهی