نجوم وفضا

جرم پروتون نسبت به وزن همزاد بسیار سبکترش یعنی الکترون، با دقت بسیار بالایی تعیین شده است: جرم هر پروتون 1836.152672 برابر جرم یک الکترون است. ولی آیا این نسبت همیشه به این صورت بوده است؟
به گزارش نیچر، با توجه به نتایج یک پژوهش جدید، که از کل جهان به عنوان یک آزمایشگاه بسیار بزرگ فیزیک ذرات بنیادی استفاده کرده، پاسخ این سوال به احتمال قریب به یقین مثبت است. نتایج بررسی یک کهکشان دوردست که در ژورنال ساینس منتشر شده، به صراحت بیان می‌کند که نسبت جرمی پروتون و الکترون؛ که با نماد µ نشان داده می‌شود؛ دست کم در نیمی از عمر جهان ثابت مانده است.

جولیا بگدونایت و همکارانش از دانشگاه وی‌یو آمستردام از رادیوتلسکوپ 100 متری افلزبرگ استفاده کردند تا جذب تابش توسط متانول (یک نوع الکل) را در جهان باستان اندازه‌گیری کنند. متانول (CH₃OH) خطوط جذبی چندگانه‌ای را بر روی طیف نور نقش می‌کند؛ که ناشی از حالت‌های چرخشی متنوع مولکول متانول است. فعل و انفعال بین این حالت‌ها هم وابسته به جرم‌های نسبی پروتون‌ها و الکترون‌های سازنده است.
محققین خطوط جذبی متانول را در یک سیستم عدسی گرانشی که پی‌کی‌اس1830-211 نامیده می‌شود، آشکار کردند. در این سیستم خط دید دو کهکشان به طور تصادفی روی هم منطبق شده و جاذبه کهکشان نزدیک‌تر، پرتوهای نور کهکشان دورتر را منحرف کرده است. کهکشان نزدیک‌تر انتقال به سرخی برابر با 0.89 دارد؛ که معنایش این است که نورش تقریبا به مدت نیمی از 13.7 میلیارد سال زمانی که از انفجار بزرگ سپری شده است؛ در راه بوده تا به زمین برسد. کهکشان دورتر، میزبان یک ابرسیاهچاله بسیار عظیم است که جت درخشان خروجی از قطبین آن رو به زمین قرار گرفته و عملا یک بلازار را تشکیل داده است. گرانش کهکشان، امواج رادیویی ساتع شده از شیء زمینه را خم می‌کند و با توجه به حضور متانول و دیگر مولکول‌ها در کهکشان، نشان طیفی خود را بر این فرایند می‌گذارد. به گفته بگدونایت «جذب‌های این امواج رادیویی هفت میلیارد سال پیش اتفاق افتاده است، و امواج رادیویی که به زمین رسیدند، اثر مولکول‌های متانول گذشته‌های دور را با خود حمل می‌کردند».
او وهمکارانش مشخص کردند که متانول در سیستم پی‌کی‌اس1830-211 کاملا مطابق پیشبینی‌ها رفتار می‌کند و جرم‌های نسبی الکترون‌ها و پروتون‌ها در مولکول‌های باستانی تفاوت قابل تشخیصی با آنهایی که امروزه در آزمایشگاه‌ها بر روی زمین اندازه‌گیری می‌شوند، ندارند. آنها نتیجه گرفتند که مقدار µ در 7 میلیارد سال پیش نمی‌توانست تفاوتی بیش از 0.00001 درصد با مقدار امروزی‌اش داشته باشد.
هر تفاوتی در نسبت پایدار جرم پروتون- الکترون، می‌توند به ابطال یکی از فرضیه‌های اساسی فیزیک منجر شود؛ این که قوانین طبیعت در هر زمان و هر مکانی یکسان هستند. بنابراین می‌توان با اطمینان نسبتا بالایی گفت که (دست کم از یک منظر) هر چقدر که جهان تغییر کند، همان گونه می‌ماند که بود.