درفیزیک نوینپادماده (بهانگلیسی:Antimatter) ماده ای با خاصیت دیامغناطیسی و رنگ شعله بنفش کهذرات بنیادین و زیراتمی سازنده آن، از ذراتی به نامپادذره (یا جفت کوانتومی ذرات عادی) تشکیل شده‌است. پادذره‌ها در مدل استاندارد، به مفهومی مخالفذرات زیراتمی تشکیل دهنده مواد قلمداد می‌شوند. و در برابرذرات معمولی قرار می‌گیرند. میزان بسیار اندکی از ذرات پاد ماده به شکل روزانه درآزمایشگاه‌های شتاب‌دهنده ذرات تولید می‌شود. میزان پادماده تولید شده توسط این سامانه‌ها یا در موارد طبیعی مانند برخورد اشعه‌های کیهانی با جو زمین، یاواپاشی هسته‌ای از چند نانوگرم بیشتر نمی‌شود.[۱] و در روش‌های آزمایشگاهی از تمامی این تکنیک‌ها برای ایجاد پاداتم‌ها استفاده شده‌است. تاکنون به دلیل هزینه بسیار بالا، پیچیدگی تکنولوژیکی فراوان، و ناپایداری پادماده در مجاورت ماده، امکان ایجاد پادماده در اندازه‌های مایکروسکوپی فراهم نیامده است.
به لحاظ تئوری، یک ذره و پادذره مقابل آن (به عنوان مثالپروتون وپادپروتون)جرم یکسانی دارند، امابار الکتریکی آنها مخالف یکدیگر است، همچنین دیگراعداد وویژگی‌های کوانتومی آنها نیز با یکدیگر متفاوت است. به عنوان نمونه، یک پروتون بار مثبت دارد درحالی که پادپروتون دارای بار منفی است.
برخورد هر ذره با پادذره متقابلش (جفت کوانتومی اش) (به عنوان مثالمیون باپادمیون) بهنابودی هر دو ذره منجر می‌شود و نتیجه این واکنش کوانتومی، افزایش سطحفوتون‌های پر انرژی(پرتو گاما) یانوترینوها و در موارد معدودی ظهور جفتهای ذره-پادذره با جرم کمتر از ذرات اولیه درفیلد کوانتومی می‌شود. بیشترین میزان انرژی آزاد شده بر اثر نابودی ذرات، به شکلپرتوهای یونیزه کننده مانند گاما و ایکس نمود پیدا میکند. در صورت حضور مواد عادی در مجاورت این واکنش، حجم انرژی این تابش‌های پر انرژی به شکل گرما یا نور تغییر یافته و جذب مواد عادی می‌شوند. میزان انرژی آزاد شده در اغلب موارد با جرم کلی نابود شده (جرم ماده و پادماده) نسبت مستقیم دارد و بر اساس رابطههم‌ارزی جرم و انرژی () قابل اندازه‌گیری است.[۲]
همان‌طور که از کنار هم قرار گرفتن ذرات زیراتمی عادی، اتم‌ها و در نتیجه‌اش مواد عادی شکل می‌گیرند، ذرات زیراتمی پادماده نیز با هم دیگر ترکیب شده و منجر به ظهور پادماده می‌شوند. به عنوان مثالپوزیترون که پادذرهالکترون در خانوادهلپتونها محسوب می‌شود، می‌تواند در مجاورت یک پادپروتون تشکیل اتمپادهیدروژن را بدهند. تاکنون شرایط آزمایشگاهی امکان ایجادهسته اتمپادهلیوم را فراهم کرده‌است، که علاوه بر سختی فراوان این عمل، هسته این پادماده یکی از پیچیده‌ترین پادهسته‌هایی بوده‌است که تاکنون مشاهده شده‌است.[۳] قوانین فیزیک تبیین می‌کنند که هسته‌های اتمی پادماده با پیچیدگی‌های بسیار بالاتر که می‌توانند به ایجادجدول تناوبی پادماده‌ها (نقطه مقابل جدول تناوبی عناصر مواد عادی) منجر شود، امکان‌پذیر است.
از آنجایی که ماده «عادی» (یا ماده ای که پادماده نیست) دارای اعدادباریونی ولپتونی مثبت است، می‌توان به این تعریف دست یافت که پادماده ماده ای است که دارای اعداد باریونی و لپتونی منفی باشد.[۵][۶] ذرات بر اساس این روش طبقه‌بندی جفتهای پاد یکدیگر محسوب می‌شوند. به عنوان مثال، پوزیترون در برابر الکترون به عنوان جفت «پاد» آن قرار می‌گیرد.[۷]
دو نوع فروپاشی نوترون یک پروتون، یک الکترون و یک پادنوترینو الکترونی تولید می‌کنند اما آنها را در پیکربندی‌های مختلف بیرون می‌کنند، آزمایش‌ها در NIST هیچ عدم تعادلی را شناسایی نکردند، اما حساسیت بهبودیافته می‌تواند به ایجاد محدودیت‌هایی برای نظریه‌های رقیب در مورد عدم تعادل ماده-ضد ماده در جهان کمک کند. .
در تئوری‌های مواد قدیمی تر ایدهماده منفی یاماده خارق‌العاده مطرح شده بود اما امروزه دیگر کنار گذاشته شده‌اند.ویلیام هیکس در دهه ۱۸۸۰ با تکیه بر دیدگاهتوصیف مکانیکی گرانش که در آن دوران مطرح بود، امکان وجود مواد با گرانش منفی را مورد بحث قرار داده بود. در بین سالهای ۱۸۸۰ تا ۱۸۹۰کارل پیرسون ایده وجود «اسکورت» ها و همچنینسینک‌های جریان کیهانی اتر را مطرح کرد. بر مبانی این تئوری او، اسکورت‌ها نماینده ماده عادی، و سینک‌ها نماینده ماده منفی بودند. تئوری پیرسون نیاز به یک بعد چهارم برای گذار اتر داشت.
واژه پادماده یا «antimatter» برای اولین بار توسطآرتور شوستر در دو نامه غیررسمی بهنیچر در سال ۱۸۹۸ مطرح شد. در این نامه‌ها او احتمال وجود پاداتم‌ها، و همچنین منظومه‌هایستاره ای که کاملاً از پاد ماده تشکیل شده‌اند، و نیز در مورد اینکه ماده و پاد ماده می‌توانند یکدیگر را کاملاً نابود کنند بحث می‌کرد. در آن زمان بیانات شوستر یک بیانیه علمی تئوری نبود، بلکه بیشتر جنبه کنجکاوی داشت و مانند ایده‌های پیشین، و از آنجایی که در مورد گرانش منفی صحبت می‌کرد با تئوری‌های پادماده مدرن و امروزی تفاوت داشت.دیراک فیزیکدان معروف در ۱۹۲۸ چنین استنباط کرد که همهٔ مواد می‌توانند در دو حالت وجود داشته باشند. وی در آغاز نظریهٔ خود را در موردالکترون بیان کرد و اظهار داشت که بایدذراتی به نام ضد الکترون هم وجود داشته باشد. این گفته تحقق یافت و فیزیکدان آمریکاییکارل اندرسون در ۱۹۳۲ ضد الکترون یا پوزیترون را کشف کرد. پس از اکتشاف دیراک و اندرسون، سرانجام در اکتبر ۱۹۵۵ایی لوگسلر، فیزیکدان اهلایتالیا توانست درشتاب‌دهندهبیوترون در آزمایشگاهی درکالیفرنیا،پاد پروتون و یک سال بعد ۱۹۵۶پاد نوترون را آشکار کند. اما دانشمندان پا را فراتر گذاشته و در پی ساختپاد اتم وپاد مولکول برآمدند.
پاد ماده به‌طور طبیعی در زمین یافت نمی‌شود، به غیر از موارد بسیار نادر و با عمر بسیار کوتاهی که از نتیجهتباهی هسته‌ای وپرتوهای کیهانی به وجود می‌آیند؛ زیرا پاد ماده‌هایی که در زمین و خارج از آزمایشگاه‌های خاصی موجود می‌باشند با برخورد با مواد معمولی، متلاشی می‌شوند. پاد ذره‌ها و بعضی از پاد ماده‌های پایدار (مانندپادهیدروژن)، می‌توانند به مقدار بسیار اندکی تولید شوند، ولی نه به اندازه‌ای که تمام خواص فیزیک-نظری آنها را مورد آزمایش بتوان قرار داد. پادماده در تماس با هر نوع ماده‌ای از بین می‌رود و محققان برای نگهداری و به دام‌اندازی آن از یک قفسمیدان الکتریکی ومیدان مغناطیسی به نامدام پنینگ استفاده می‌کنند.[۸]
واقعیت این است که کاربردهای عملی پادماده کماکان در محدوده علمی-تخیلی قراردارد. در حال حاضر نابودی پوزیترون توسط الکترون، کلید روشن تشخیص پزشکی است که تحت عنوان پرتونگاری تابش پوزیترون یا به اختصار PET شناخته می‌شود.
پوزیترون که تنها اختلاف آن باالکترون در علامت بار است در سال ۱۹۳۲ به کمکاتاقک ابر ویلسون به دست آمد. در اتاقک ابر ویلسون واقع درمیدان مغناطیسی رد باریکی که به‌طور آشکار مربوط به یک ذره تک بار و خیلی سبک همانند الکترون بود، مشاهده شد که در جهتی متناظر با بار مثبت منحرف می‌شد.
پادپروتون پاد ذره پروتون است پاد پروتون ذره ای بنیادی نیست و از ترکیب پاد کوارک ها بدست می‌آید. بار الکتریکی این ذره منفی است و اولین بار در ساد ۱۹۵۵ در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی آمریکا کشف شد.
شاید به این فکر کرده باشید که چطور پادنوترون کشف شده خب اگر این سوال را برای پاد پروتون و پوزیترون تکرار کنیم میتوانیم بگیم که یک اتم که بار الکتریکی پروتون آن منفی و الکترون آن مثبت اما اگر این سوال براینوترون به کار ببریم شاید در نگاه اول در پاسخ بگوییم که نوترون بار الکتریکی ندارد و خنثی است پس پاد نوترون چه تفاوتی با نوترون دارد؟ خب بهتر است بدانید که هر اتم از ذرات زیر اتمی تشکیل شده که آن ذرات هم از ذرات کوچکتری به نام کوارک تشکیل شدند. در واقع نوترون خود از سه کوارک با بارهای الکتریکی + و یا - تشکیل شده که مجموع بار الکتریکی این سه کوارک صفر است . و پاد در پادنوترون آن کوراک ها است که بار الکتریکی آن قرینه ی بار نوترون عادی است و این قضیه برای پاد پروتون و پوزیترون هم صدق میکند.
پادهیدروژن شامل پادپروتون و پوزیترون است. در سال ۱۹۹۵ اولین آزمایش‌ها برای تولید آن آغاز شد اما پادهیدروژن به علت داغ بودن بسیار زودتر از آنکه بتوان روی آن آزمایشی انجام داد از بین می‌رفتند. نماد پاد هیدروژنH است.
پادهلیوم پادماده هلیم عادی است که از دوپادپروتون وپوزیترون تشکیل شده‌است.
در این ماده پادپروتون‌ها بار منفی و پوزیترون‌ها بار مثبت دارند.تاکنون شرایط آزمایشگاهی امکان ایجادهسته اتم پادهلیوم را فراهم کرده‌است، که علاوه بر سختی فراوان این عمل، هسته این پادماده یکی از پیچیده‌ترین پاد هسته‌هایی بوده‌است که تاکنون مشاهده شده‌است.[۹][۱۰]
با بهای تخمینی ۳۰ میلیارد دلار برای هر گرمپوزیترون و ۶۲٫۵ تریلیون دلار برای هر گرمپادهیدروژن، گفته می‌شود که پادماده پرهزینه‌ترین ماهیت شناخته شده‌است (قابل ارزش گذاری) که حتی یک کیلوگرم آن از چندین تریلیون کیلوگرم الماس هم بیشتر ارزش دارد.
↑Tsan, Ung Chan (2013). "Mass, Matter, Materialization, Mattergenesis and Conservation of Charge".International Journal of Modern Physics E.22 (5): 1350027.Bibcode:2013IJMPE..2250027T.doi:10.1142/S0218301313500274.Matter conservation means conservation of baryonic numberA and leptonic numberL,A andL being algebraic numbers. PositiveA andL are associated to matter particles, negativeA andL are associated to antimatter particles. All known interactions do conserve matter.
↑Tsan, U. C. (2012). "Negative Numbers And Antimatter Particles".International Journal of Modern Physics E.21 (1): 1250005الگو:Hyphen1–1250005الگو:Hyphen23.Bibcode:2012IJMPE..2150005T.doi:10.1142/S021830131250005X.Antimatter particles are characterized by negative baryonic numberA or/and negative leptonic numberL. Materialization and annihilation obey conservation ofA andL (associated to all known interactions).
↑Dirac, Paul A. M. (1965).Physics Nobel Lectures(PDF). Vol. 12. Amsterdam-London-New York: Elsevier. pp. 320–325. Archived fromthe original(PDF) on 10 October 2019. Retrieved3 November 2021.
