Antimatērija visādā ziņā ir kā viela. Tie tika izveidoti vienlaicīgi un no viena avota. Tā rezultātā viena ir ļoti daudz, bet otra - praktiski nav. Tam jābūt kaut kādam izskaidrojumam.
Viss, ar ko mēs savā dzīvē saskaramies, ir veidots no matērijas. Krūzīte, ko mēs turējam rokā, sastāv no molekulām, molekulām - no atomiem, atomiem, pretēji to nosaukumam (grieķu valodā “atoms” nozīmē “nedalāms”), no elektroniem, protoniem un neitroniem. Pēdējos divus zinātnieki sauc par "baroniem". Tos var sadalīt tālāk, kvarkos un varbūt pat vēl vairāk, bet pagaidām mēs par to pakavēsimies. Kopā tie veido matēriju.
Kā visi mūsu lasītāji zina, matērijai ir antipods - antimateriāls. Saskaroties, viņi iznīcina ļoti lielas enerģijas izdalīšanos - viņi iznīcina. Pēc fiziķu aprēķiniem, antimateriāla gabals, kas ir ķieģeļa izmērs un triecas pret Zemi, var izraisīt efektu, kas līdzīgs ūdeņraža bumbas eksplozijai. Visos citos aspektos antipodi ir līdzīgi: antimateriālam ir masa, uz to pilnībā attiecas fizikas likumi, bet tā elektriskais lādiņš ir pretējs. Antiprotonam tas ir negatīvs, bet pozitronam (antielektronam) - pozitīvs. Un arī antimateriāls praktiski nerodas realitātē ap mums.
Antimatērijas meklēšana
Vai arī tas ir kaut kur tur? Šādā pieņēmumā nav nekas neiespējams, taču mēs dzīvojam pasaulē, kaut arī nevaram paspiest rokas ar saviem antipodiem. Pilnīgi iespējams, ka viņi arī kaut kur dzīvo.
Droši vien visas šodien novērotās galaktikas sastāv no parastās matērijas. Pretējā gadījumā viņu robežas būtu gandrīz nepārtrauktas iznīcināšanas zona ar apkārtējo lietu, tā būtu redzama no tālienes. Zemes observatorijas reģistrētu enerģijas kvantus, kas veidojas iznīcināšanas laikā. Kamēr tas nenotiek.
Pierādījumi par ievērojamu antimērijas daudzumu klātbūtni Visumā varētu būt atklājums kaut kur kosmosā (uz Zemes, pateicoties matēriju augstajam blīvumam, ir acīmredzami bezjēdzīgi meklēt antihēlija kodolus). Divi antiprotoni, divi antineutroni. Pretdaļiņas, kas veido šādu kodolu, regulāri ražo augstas enerģijas daļiņu sadursmēs virszemes paātrinātājos un dabiski, kad matēriju bombardē kosmiski stari. Viņu atklājums neko nestāsta. Bet antihēliju var veidot tādā pašā veidā, ja četras tā sastāvā esošās daļiņas vienlaicīgi piedzimst vienā vietā. To nevar saukt par pilnīgi neiespējamu, taču šāds notikums visā Visumā notiek apmēram reizi piecpadsmit miljardos gadu, kas ir diezgan salīdzināms ar tā pastāvēšanas laiku.
Reklāmas video:
Sagatavošanās gaisa balona palaišanai ar kosmosa daļiņu detektoru kā daļu no BESS eksperimenta. Detektors ir redzams priekšplānā un sver 3 tonnas. / & copy; i.wp-b.com
Tāpēc antihēlija noteikšanu var uzskatīt pat par apsveikumu no antipodiem, bet gan kā pierādījumu tam, ka kaut kur kosmosa dziļumā peld pienācīga lieluma antimateriāla gabals. Tātad tas lidoja no turienes.
Diemžēl atkārtotie mēģinājumi meklēt antiheliju zemes atmosfēras augšējos slāņos vai pieeja tai vēl nav devuši panākumus. Protams, tas ir gadījums, kad "šaujampulvera pēdu neesamība uz rokām neko neliecina". Var būt, ka lidot bija vienkārši ļoti tālu (pēc miljardu gaismas gadu secības), un iekļūt mazā detektorā uz mazas planētas ir vēl grūtāk. Un, protams, ja detektors būtu jutīgāks (un dārgāks), mūsu izredzes uz panākumiem būtu lielākas.
Pretzvaigznes, ja tām gadījās būt dabā, kodolreakciju laikā radītu tādu pašu antineutrīnu plūsmu kā parastās zvaigznes - to antipodi. Tie paši antineutrīni jāizveido antisupernovas sprādzienu laikā. Pagaidām nav atklāts ne viens, ne otrs, taču jāņem vērā, ka neitrīno astronomija kopumā sper pirmos soļus.
Detektors Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanāda. / & copy; squarespace.com
Jebkurā gadījumā mums vēl nav ticamas informācijas par to, vai Visumā ir kādi ievērojami antimateriāla daudzumi.
Tas ir labi un slikti vienlaikus. Tas ir slikti, jo saskaņā ar mūsdienu koncepcijām pirmajos brīžos pēc Lielā sprādziena izveidojās gan matērija, gan antimateriāls. Pēc tam viņi tika iznīcināti, radot reliktu kosmisko starojumu. Fotonu skaits tajā ir ļoti liels, tas ir apmēram miljardu reižu lielāks nekā baronu (t.i., protonu un neitronu) skaits Visumā. Citiem vārdiem sakot, kādreiz, laika sākumā, viela Visumā izrādījās par vienu miljardu vairāk nekā antimateriāla. Tad visi "liekie" pazuda, tika iznīcināti, un palika viena miljardā daļa. Rezultāts ir tas, ko speciālajā literatūrā sauc par baronu asimetriju.
Fizikiem nelīdzsvarotība ir problēma, jo tā kaut kā jāpaskaidro. Vismaz tādu objektu gadījumā, kas visos citos aspektos uzvedas simetriski.
Un mums (ieskaitot fiziķus) tas ir labi, jo ar vienādiem matērijas un antimateriāla daudzumiem notiktu pilnīga iznīcināšana, Visums būtu tukšs un nebūtu neviena, kas uzdotu jautājumus.
Saharova nosacījumi
Zinātnieki saprata lielas kosmoloģiskas problēmas esamību 20. gadsimta vidū. Apstākļus, kādos Visums kļūst tāds, kādu mēs to redzam, 1967. gadā formulēja Andrejs Saharovs, un kopš tā laika tā ir bijusi tematiskās literatūras "kopīga vieta", vismaz krievu un angļu valodā. Ļoti vienkāršotā formā tie izskatās šādi.
Pirmkārt, dažos apstākļos, kas, iespējams, pastāvēja agrīnajā Visumā, fizikas likumi matērijai un antimatērijai joprojām darbojas atšķirīgi.
Otrkārt, šajā gadījumā baronu skaits var netikt saglabāts, t.i., baronu skaits pēc reakcijas nav vienāds ar skaitu pirms tā.
Treškārt, procesam jānotiek sprādzienbīstamā veidā, tas ir, tam jābūt nesabalansētam. Tas ir svarīgi, jo līdzsvarā vielu koncentrācija mēdz izlīdzināties, un mums ir jāiegūst kaut kas atšķirīgs.
A. D. Saharovs, 1960. gadu beigas. / & copy; thematicnews.com
Šeit beidzas vispārpieņemtā skaidrojuma daļa, un pēc tam pusgadsimtā valda hipotēzes. Pašlaik autoritatīvākais savieno incidentu ar elektriskā signāla mijiedarbību. Apskatīsim viņu tuvāk.
Vārīšanās telpa
Lai izskaidrotu, kas notika ar mūsu lietu, mums būs jāatslābina iztēle un jāiedomājas, ka Visumā ir noteikts lauks. Mēs vēl neko nezinām par tā esamību un īpašībām, izņemot to, ka tas ir saistīts ar matērijas un antimateriāla izplatību telpā un zināmā mērā ir līdzīgs temperatūrai, pie kuras esam pieraduši, jo īpaši tas var uzņemties lielākas un mazākas vērtības līdz noteiktam līmenim, kuru var pielīdzināt. vārīšanās punkts.
Sākumā Visuma matērija ir jauktā stāvoklī. Apkārt ir ļoti “karsts” - pēdiņas šeit varētu izlaist, jo arī parastā temperatūra ir ļoti augsta, taču mēs runājam par tās iedomāto analogu. Šis analogs "vārās" - maksimālā vērtība.
Paplašinoties telpai, “pilieni” sāk kondensēties no sākotnējā “tvaika”, kurā tas ir “vēsāks”. Pagaidām viss izskatās tieši tāpat kā ar ūdeni - ja pārkarsēts tvaiks atrodas traukā, kura tilpums palielinās pietiekami strauji, tad notiek adiabātiska dzesēšana. Ja tas ir pietiekami stiprs, daļa ūdens izkrist kā šķidrums.
Ūdens, kas kondensēts no tvaika. / & copy; 3.bp.blogspot.com
Kaut kas līdzīgs notiek ar matēriju kosmosā. Pieaugot Visuma tilpumam, palielinās "pilienu" skaits un lielums. Bet tad sākas kaut kas tāds, kam nav analoģijas pasaulē, pie kuras esam pieraduši.
Nosacījumi daļiņu un daļiņu iekļūšanai "pilienos" nav vienādi, daļiņām to ir nedaudz vieglāk izdarīt. Tā rezultātā tiek pārkāpta sākotnējā koncentrāciju vienādība, kondensētajā "šķidrumā" ir nedaudz vairāk vielas, bet "viršanas fāzē" - tā antipods. Šajā gadījumā kopējais baronu skaits paliek nemainīgs.
Un tad "viršanas fāzē" sāk darboties mijiedarbīgu elektropreču lauku kvantu efekti, kuriem, šķiet, nevajadzētu mainīt baronu skaitu, bet patiesībā izlīdzināt daļiņu un antidaļiņu skaitu. Stingri sakot, šis process notiek arī “pilienos”, taču tur tas nav tik efektīvs. Tādējādi kopējais antidaļiņu skaits tiek samazināts. Tas ir uzrakstīts īsi un, protams, ļoti vienkāršoti, patiesībā viss ir daudz interesantāk, bet mēs tagad neiedziļināsimies dziļā teorijā.
Izrādās, ka situācijas izskaidrošanai ir divi efekti. Elektrodzinēju mijiedarbības kvantu anomālija ir novērots fakts, tā tika atklāta 1976. gadā. Atšķirība daļiņu iekļūšanas kondensācijas zonā varbūtībā ir aprēķināts fakts, tāpēc hipotētiska. Pats lauks, kurš "vārās" un pēc tam atdziest, vēl nav atklāts. Veidojot teoriju, tika pieņemts, ka tas ir Higsa lauks, taču pēc slavenā bozona atklāšanas izrādījās, ka tam nebija nekā kopīga. Pilnīgi iespējams, ka tā atvēršana joprojām gaida spārnos. Vai varbūt nē - un tad kosmologiem būs jāizgudro citi skaidrojumi. Visums to ir gaidījis piecpadsmit miljardus gadu, tas var gaidīt vēl vienu.
Sergejs Sysoevs