نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.
سی پی اچ در ژورنالها
|
ادامه ذرات بنيادى
|
||||||||||||
|
آزمايشگاه هاى چرخان بررسى فضا در فضا در ماهواره هايى مانند ايستگاه فضايى آزمايش هايى بر مبناى مقايسه دو ساعت براى يافتن شواهدى بر نقض تقارن لورنتس انجام خواهد گرفت. در شكل دو نوع ميدان بردارى (پيكان هاى آبى و قرمز) نقض كننده نسبيت مشاهده مى شود كه برهمكنش هاى متفاوتى با ذرات دارند، تصاوير زير نشان دهنده مقايسه بين يك ساعت اتمى (نشان داده شده با اتم) و ساعتى كه بر مبناى نور يا مايكروويو (خطوط مواج) در حفره تشديدكننده كار مى كند، است. نور و الكترون ها (قرمز) با بردارهاى قرمز برهمكنش دارند در حالى كه پروتون ها (آبى) با بردارهاى آبى. هنگامى كه ايستگاه فضايى مى چرخد تغيير اين برهمكنش ها سبب به هم خوردن همزمانى ساعت ها مى شود كه نشان دهنده نقض تقارن لورنتس است. يك دور چرخش ايستگاه فضايى به دور زمين در ۹۲ دقيقه صورت مى گيرد بنابراين داده هاى سريع تر و دقيق ترى را نسبت به آزمايشگاه هاى زمينى به دست مى آورد.
نور باستانى يك روش براى دست يافتن به حساسيت زياد نسبت به نقص نسبيت، مطالعه نور پلاريزه اى است كه ميلياردها سال از ميان كيهان عبور كرده است. بدون شك اثر نقض نسبيت در SME پلاريزاسيون نورى را كه در فضاى تهى سفر مى كند تغيير مى دهد. هرچه ميزان سفر بيشتر باشد اين تغييرات نيز بزرگتر است. در SME نقض نظريه نسبيت براى نور شامل دو قسمت عمده است كه در يكى CPT نقض مى شود و در ديگرى اين تقارن حفظ مى شود. شكست تقارن CPT به علت مشكلات تكنيكى يا غيرممكن است يا مقدار بسيار كوچكى دارد. بررسى داده هاى كيهان شناختى نشان مى دهد كه اين نقض از مرتبه 10 -42 s است. در مورد دوم كه CPT حفظ مى شود نقض نظريه نسبيت براى نور با مشاهده پلاريزاسيون كيهانى قابل اندازه گيرى است: تغييرات پلاريزاسيون نور سفر كرده به رنگ آن وابسته است. من و متيو موس (Mewes. M) در دانشگاه اينديانا تحقيقاتى در مورد تغييرات پلاريزاسيون نور مادون قرمز، نور مرئى و نور ماوراء بنفش انجام داديم و حساسيتى حدود 10 - 32 براى ضرايب كنترل اين نقض به دست آورديم. بررسى بقيه نقض هاى نسبيت در رابطه با نور را مى توان به كمك انواع ابزارهاى نوين كه در آزمايش كلاسيك مايكلسون مورلى مورد استفاده قرار گرفت، انجام داد. در آزمايش اوليه مايكلسون _ مورلى، دو شعاع نورى عمود بر هم ارسال شد و اين نتيجه به دست آمد كه سرعت نسبى آنها مستقل از جهت است. در حساس ترين آزمايش هاى امروزى از حفره هاى تشديدكننده استفاده مى شود، به عنوان مثال يكى از آنها را در جهتى قابل چرخش مى چرخانند و به دنبال تغيير فركانس تشديد مى شوند. گروه ليپا از دانشگاه استنفورد يك حفره ابررسانا به كار مى برند و خصوصيات امواج مايكروويو را بررسى مى كنند. آشيم پيتر از دانشگاه هومبولت در برلين و استفان شيللر از دانشگاه دوسلدورف از نور ليزر در حفره هاى ساخته شده از كريستال ياقوت كبود استفاده مى كنند. همه اين گروه ها حساسيتى بين10 -11 to 10 - 15 را اندازه گيرى كرده اند.
•آزمايش مقايسه سرعت دست يافتن به حساسيت زياد نسبت به نقض نسبيت در آزمايش مقايسه ساعت نيز امكان پذير است. در اين آزمايش آهنگ كاركرد يك ساعت در جهت هاى مختلف بررسى مى شود. يك زمان سنج (ساعت) به گونه نمادين يك اتم در ميدان مغناطيسى است كه آهنگ كاركرد آن فركانس گذار بين دو سطح انرژى اتم است. اين فركانس به اندازه ميدان مغناطيسى وابسته است. جهت ميدان مغناطيسى كه معمولاً نسبت به آزمايشگاه ثابت است به عنوان جهت ساعت در نظر گرفته مى شود. بنابراين به علت چرخش زمين جهت ساعت نيز تغيير مى كند. در اين هنگام يك ساعت ديگر آهنگ كار ساعت اول را بررسى مى كند. ساعت دوم غالباً از اتمى متفاوت ولى با همان فركانس گذار ساخته مى شود. اگر نقض نسبيت وجود داشته باشد آنگاه تغييرات آهنگ كاركرد (فركانس گذار) دو زمان سنج متفاوت خواهد بود. بنابراين دو زمان سنج مذكور بعد از مدتى از حالت همزمانى خارج مى شوند.
آونگ چرخشى در دانشگاه واشينگتن طى آزمايشى شامل يك آونگ چرخشى (كه در آن وزنه آويخته آونگ بر روى نخ خود به عقب و جلو مى پيچد) نيروهاى اسپين كوپل شده بررسى مى شود.وزنه (عكس بالا) شامل حلقه هاى آهن ربايى است كه از دو نوع ماده متفاوت ساخته شده اند (قرمز و آبى سمت راست). ميدان هاى هر نمونه از آهن رباها با يكديگر برابرند اما به وسيله تعداد متفاوتى از اسپين الكترون ها ساخته شده اند. (پيكان ها) ميدان مغناطيسى تشكيل حلقه بسته اى مى دهد كه مقدار كمى از آن از وزنه خارج مى شود، كه اين موجب كاهش سيگنال هاى ناخواسته ناشى از برهمكنش هاى مغناطيسى مى گردد. اما اسپين الكترون ها غيرمتعادل هستند. اگر ميدان بردارى نقض كننده نسبيت به اندازه كافى بزرگ باشد نوسان هاى پاندول دچار اختلال مى شود.
براى
جمع آورى اطلاعات در اين زمينه حساس ترين آزمايش ها در آزمايشگاه
رونالد والسورس واقع در مركز نجوم هاروارد- اسميت سونيان انجام
مى گيرد. در اين آزمايش ها به حساسيت 10 -
31دست يافته اند. اين گروه گازهاى هليوم و نئون را در يك
محفظه شيشه اى تركيب كرده و از آنها ميزر (ماكروويوليزر) توليد
كردند. كارى كه از نظر تكنيكى يك شاهكار است. آنگاه فركانس دو ميزر
با يكديگر مقايسه مى شود. آزمايش مقايسه ساعت بر مبناى اتم به
عنوان ساعت به صورت هاى مختلفى در موسسات ديگر انجام گرفته است كه
در آنها به حساسيتى حدود10 -
23 to 10 -
27 براى نوترون ها، پروتون ها و الكترون ها دست يافته اند.
در آزمايش هاى ديگر به جاى اتم از الكترون ها و پوزيترون هاى
(پادالكترون) جدا از هم،يون هاى هيدروژن با بار منفى و
پادپروتون ها در تله هاى الكترومغناطيسى و ميونيوم (اتمى كه از يك
الكترون چرخان به دور يك ميون با بار مثبت ساخته شده) استفاده
مى شود. محققان در حال طراحى چندين آزمايش مقايسه ساعت در ايستگاه
فضايى بين المللى و ماهواره هاى ديگر هستند. اين آزمايش ها مزاياى
بيشترى دارند؛ از جمله دسترسى آسان تر و سريع تر به جهت هاى مختلف
در فضا. آزمايش هاى مقايسه ساعت بر روى زمين از چرخش زمين استفاده
مى كنند كه داراى محور دوران ثابتى است و اين محور ثابت
محدوديت هايى را براى بررسى نقض نسبيت فراهم مى كند. از آنجايى كه
صفحه چرخش ايستگاه فضايى بين المللى مورب و چرخان است تمام جهت هاى
فضايى قابل دسترس است. مزيت ديگر اين است كه ايستگاه فضايى
بين المللى داراى دوره چرخش ۹۲ دقيقه اى است كه به ما اجازه مى دهد
۱۶بار سريع تر از آزمايشگاه هاى زمينى به اطلاعات دسترسى پيدا
كنيم. (ايستگاه بين المللى فضايى طورى طراحى شده كه يك طرف آن
هميشه رو به زمين است در نتيجه هر ۹۲ دقيقه يك بار به دور خود
مى چرخد.) •پادماده نقض CPT را مى توان به كمك مقايسه خصوصيات ماده و پادماده به طور مستقيم مشاهده كرد. يكى از آزمون هاى كلاسيك CPT شامل يك ذره بنيادى به اسم كائون است. در اين آزمايش كائون به علت وجود برهمكنش ضعيف به تدريج به پادذره خود يعنى پادكائون تبديل و دوباره ظاهر مى شود. اين نوسان به طور دقيق متعادل است، به گونه اى كه حتى نقض كوچكى در CPT باعث تغييرات قابل توجهى در آن مى شود. تاكنون همكارى هاى آزمايشگاهى بزرگى براى مطالعه نقض CPT صورت گرفته است. به عنوان مثال در يكى از اين آزمايش ها از شتاب دهنده KT الكترون ولتى فرمى لب براى توليد مقدار زيادى كائون استفاده مى شود. نتايج اندازه 10 - 21 را براى دو ضريب مستقل نظريه SME پيش بينى مى كنند. در دو آزمايش ATHENA و ATRAP كه هر دو در سرن (آزمايشگاه اروپايى ذرات بنيادى در نزديكى ژنو) انجام مى شوند، طيف يك پادهيدروژن در تله افتاده با طيف هيدروژن مقايسه مى شود. اگر CPT برقرار باشد اين دو طيف كاملاً مشابه خواهند بود. بنابراين مشاهده هرگونه تفاوتى نشان دهنده نقض CPT و در نتيجه نقض تقارن لورنتس خواهد بود. [به قاب همين صفحه نگاه كنيد] در آزمون هاى حساس براى نسبيت همچنين از موادى استفاده مى شود كه تركيب تعداد زيادى اسپين الكترون در آنها يك شبكه اسپينى به وجود مى آورد. (تصور كنيد اسپين هر الكترون يك عقربه نشان گر كوچك است. جهت هاى مخالف براى اين عقربه ها يكديگر را حذف مى كنند و عقربه هاى هم جهت با يكديگر جمع شده و اسپين بزرگترى را تشكيل مى دهند.) چنين موادى معمول هستند- به عنوان مثال يك مجموع اسپينى يك ميدان مغناطيسى مانند يك قطعه آهن ربا توليد مى كند. در تحقيق براى نقض تقارن لورنتس وجود يك ميدان مغناطيسى قوى مختل كننده است. براى حل اين مشكل اريك آدلبرگر، بلاين هكل و همكاران شان در دانشگاه واشينگتن طراحى و ساخت يك حلقه اسپين پلاريزه را انجام دادند كه ماده اين حلقه يك شبكه اسپين الكترونى است ولى ميدان مغناطيسى خارجى ندارد. اين حلقه به عنوان وزنه يك آونگ پيچشى به كار مى رود. هنگامى كه آونگ بر روى يك صفحه چرخان آويزان مى شود به عقب و جلو پيچ مى خورد. نقض تقارن لورنتس وابسته به اسپين مى تواند خود را به صورت اختلال در حركت پاندول كه وابسته به جهت پاندول است نشان دهد. اين دستگاه بهترين حد جارى براى نقض نسبيت در سيستم هاى شامل الكترون را اندازه گيرى مى كند كه ۲۹-۱۰ است.اين امكان نيز وجود دارد كه نقض نسبيت تاكنون مشاهده شده باشد ولى اينچنين بازشناخته نشده باشد. در سال هاى اخير نشان داده اند كه ذره بنيادى شبح گونه يعنى نوترينو نوسان مى كند. اين موضوع لازم مى دارد كه مدل استاندارد كنونى اصلاح شود. اين نوسان معمولاً با در نظر گرفتن يك جرم كوچك ناشناخته براى نوترينو تشريح مى شود، در حالى كه خاصيت نوسان غيرعادى نوترينو توسط نظريه SME نيز پيش بينى مى شود. نظريه پردازان نشان داده اند كه توصيف رفتار نوترينو بر مبناى نقض نسبيت در نظريه SME بسيار ساده تر از توصيف براساس وجود جرم نوترينو است.
تقارن CPT اگر تقارن CPT برقرار باشد پادماده بايد مانند ماده رفتار كند. دو آزمايش براى آزمون اين نظريه به كمك پادهيدروژن در سرن CERN نزديك ژنو طراحى شده اند. يك اتم هيدروژن هنگامى كه الكترون از تراز بالاتر به تراز پايين تر سقوط كند نورى با رنگ يا به عبارت ديگر طول موج مشخص از خود منتشر مى كند. (شكل سمت چپ) در همين شرايط پادهيدروژن نيز نورى با همان رنگ منتشر مى كند (شكل سمت راست) (فوتون ها پادماده خود هستند بنابراين نور منتشره فوتون خواهد بود.)بنابراين اگر تقارن CPT برقرار باشد هيدروژن و پادهيدروژن داراى طيف نشرى يكسانى خواهند بود. (شكل پايين) در آزمايش هاى سرن از جذب نور ليزر فرابنفش و گذار به امواج ماكروويو استفاده مى شود كه بايد براى هيدروژن و پادهيدروژن يكسان باشد. هرگونه اختلافى نشان دهنده نقض CPT خواهد بود كه در نهايت موجب نقض تقارن لورنتس خواهد بود. تحليل داده هاى آينده درباره نوترينو مى تواند اين ايده را روشن سازد.آزمايش هاى توضيح داده شده نشان مى دهد كه درك مقياس پلانك با امكانات امروزى امكان پذير است. هر چند تاكنون شواهد متقنى براى نقض نسبيت يافت نشده ولى بايد اين نكته را نيز در نظر گرفت كه هنوز انواع كمى از آزمايش ها براى مشاهده اين نقض طراحى شده و انجام گرفته است. در سال هاى آينده شاهد پيشرفت هاى مهمى در اين زمينه خواهيم بود، هم در نوع آزمون هاى نسبيت (براى اندازه گيرى ضرايب بيشتر) و هم در زمينه دقت آزمون ها. اگر در پايان نقض نسبيت كشف شود اين موضوع نگرش و فهم ما از جهان را تغيير خواهد داد.
شكست
خود به خود تقارن هنگامى رخ مى دهد كه يك مجموعه شرايط متقارن يا
معادلات بنيادى و پايه نتايج غيرمتقارنى را به وجود بياورند. براى
مثال يك ميله استوانه اى را در نظر بگيريد كه تحت تاثير يك نيروى
خارجى عمودى قرار گرفته است (چپ). اين سيستم به طور كامل تحت دوران
حول محور ميله متقارن است. اگر نيروى خارجى به اندازه كافى زياد
شود سيستم ناپايدار مى شود و ميله در يك جهت خم مى شود (راست).
شكست تقارن را مى توان به كمك يك بردار يا پيكان (قرمز) نمايش داد.
جهت و اندازه بردار جهت و ميزان خم شدگى را نشان مى دهند. نقض
تقارن لورنتس مستلزم وجود چنين كميت هاى بردارى در فضا- زمان است.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
|
Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons |
|
نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی |
آرشیو موضوعی
|
|
از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟