Antimaterie er som et stoff på alle måter. De ble dannet samtidig og fra en kilde. Som et resultat er det mye av det, og praktisk talt ingen. Det må være noen forklaring på dette.
Alt vi kommer i kontakt med i livet vårt er laget av materie. Koppen som vi holder i hånden vår består av molekyler, molekyler - av atomer, atomer, i motsetning til navnet deres ("atom" på gresk betyr "udelelige") - av elektroner, protoner og nøytroner. De to siste kalles "baryoner" av forskere. De kan deles videre, i kvarker, og kanskje enda lenger, men foreløpig vil vi dvele ved dette. Sammen danner de materie.
Som alle våre lesere vet, har materien en antipode - antimatter. Når de kommer i kontakt, utslettes de med frigjøring av en veldig stor energi - de utsletter. I følge beregningene fra fysikere kan et stykke antimaterie på størrelse med en murstein, som treffer jorden, forårsake en effekt som tilsvarer eksplosjonen av en hydrogenbombe. På alle andre måter er antipodene like: antimaterie har masse, fysikkens lover gjelder fullt ut for det, men dets elektriske ladning er motsatt. For et antiproton er det negativt, og for et positron (antielektron) er det positivt. Og antimaterie forekommer praktisk talt ikke i virkeligheten rundt oss.
Jakten på antimaterie
Eller er det et sted der? Det er ingenting umulig i en slik antagelse, men vi lever i verden, selv om vi ikke kan håndhilse med antipodene våre. Det er godt mulig at de også bor et sted.
Sannsynligvis er alle galakser observert i dag sammensatt av vanlig materie. Ellers ville deres grenser være en sone med nesten kontinuerlig utslettelse med omgivelsene, den ville være synlig på lang avstand. Jordobservatorier ville registrere energikvanta dannet under utslettelsen. Inntil dette skjer.
Bevis for tilstedeværelse i universet av merkbare mengder antimateriell kan være funnet et sted i verdensrommet (på jorden, på grunn av den høye tettheten av materie, er det tydelig ubrukelig å se etter antiheliumkjerner). To antiprotoner, to antineutroner. Antipartiklene som utgjør en slik kjerne produseres jevnlig under kollisjoner av høyenergipartikler i bakkesakseleratorer og naturlig når materie blir bombardert av kosmiske stråler. Oppdagelsen deres forteller oss ingenting. Men antihelium kan dannes på samme måte hvis fire av dens bestanddeler samtidig blir født på ett sted. Dette kan ikke kalles helt umulig, men en slik hendelse i hele universet skjer omtrent hver femten milliard år, noe som er ganske sammenlignbart med tidspunktet for dens eksistens.
Salgsfremmende video:
Forberedelser for utsetting av en ballong med en rompartikkeldetektor som en del av BESS-eksperimentet. Detektoren er synlig i forgrunnen og veier 3 tonn. / & kopi; i.wp-b.com
Derfor kan deteksjon av antihelium vel anses, om ikke som en hilsen fra antipodene, da som bevis på at et sted i dypet av rommet flyter et stykke antimaterie av anstendig størrelse. Så det fløy derfra.
Akk, gjentatte forsøk på å søke etter antihelium i de øvre lagene i jordens atmosfære eller på tilnærming til det har ennå ikke gitt suksess. Dette er selvfølgelig tilfelle når "fraværet av spor med krutt på hendene ikke viser noe." Det kan godt hende at det bare var veldig langt å fly (i størrelsesorden milliarder av lysår), og det er enda vanskeligere å komme inn i en liten detektor på en liten planet. Og helt sikkert, hvis detektoren var mer følsom (og dyrere), ville sjansene for å lykkes være større.
Antistjerner, hvis de tilfeldigvis var i naturen, ville i løpet av termonukleære reaksjoner generere den samme strømmen av antineutrino som vanlige stjerner - strømmen av antipodene deres. De samme antineutrinoene skal dannes under antisupernova-eksplosjoner. Så langt har verken den ene eller den andre blitt oppdaget, men det skal bemerkes at nøytrino-astronomi generelt tar sine første skritt.
Detektor Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Canada. / & kopi; squarespace.com
I alle fall har vi foreløpig ikke pålitelig informasjon om eksistensen av nevneverdige mengder antimaterie i universet.
Dette er bra og dårlig på samme tid. Det er ille fordi, i henhold til moderne konsepter, i de første øyeblikkene etter Big Bang, ble både materie og antimaterie dannet. Deretter utslettet de og ga opphav til relikvier av kosmisk stråling. Antallet fotoner i det er veldig stort, det er omtrent en milliard ganger større enn antallet baryoner (dvs. protoner og nøytroner) i universet. Med andre ord, en gang i begynnelsen av tiden viste stoffet i universet seg å være en milliarddel mer enn antimaterie. Da forsvant alt "overflødig", utslettet, og en milliardedels andel gjensto. Resultatet er det som kalles baryonasymmetri i spesiallitteraturen.
For fysikere er ubalanse et problem fordi det må forklares på en eller annen måte. I hvert fall når det gjelder gjenstander som i alle andre henseender oppfører seg symmetrisk.
Og for oss (inkludert fysikere) er dette bra, fordi med de samme mengdene materie og antimaterie, fullstendig utslettelse ville oppstå, ville universet være tomt, og det ville ikke være noen til å stille spørsmål.
Sakharovs vilkår
Forskere innså eksistensen av et stort kosmologisk problem en gang i midten av 1900-tallet. Forholdene under hvilke universet blir slik vi ser det ble formulert av Andrei Sakharov i 1967 og har siden den gang vært et "vanlig sted" for tematisk litteratur, i det minste på russisk og engelsk. I en svært forenklet form ser de slik ut.
For det første, under noen forhold, som antagelig eksisterte i det tidlige universet, fungerer fysikkens lover fortsatt annerledes for materie og antimaterie.
For det andre, i dette tilfellet kan ikke baryontallet bevares, det vil si at antallet baryoner etter reaksjonen ikke er lik det før det.
For det tredje må prosessen fortsette på en eksplosiv måte, det vil si at den må være ikke-likevekt. Dette er viktig, fordi konsentrasjonen av stoffer i likevekt har en tendens til å utjevnes, og vi trenger å få til noe annet.
A. D. Sakharov, sent på 1960-tallet. / & kopi; thematicnews.com
Det er her den generelt aksepterte delen av forklaringen slutter, og deretter regjerer hypoteser om et halvt århundre. Den mest autoritative for øyeblikket forbinder hendelsen med electroweak-samspillet. La oss se nærmere på henne.
Kokende plass
For å forklare hva som skjedde med saken vår, må vi belaste fantasien og forestille oss at det er et visst felt i universet. Vi vet foreløpig ikke noe om dens eksistens og egenskaper, bortsett fra at det er assosiert med fordelingen av materie og antimaterie i rommet og til en viss grad ligner på temperaturen vi er vant til, spesielt kan den ta på seg større og mindre verdier, opp til et visst nivå, som kan sammenlignes kokepunkt.
Opprinnelig er materien i universet i en blandet tilstand. Det er veldig "varmt" rundt - sitatene kan sløyfes her, siden den vanlige temperaturen også er veldig høy, men vi snakker om den imaginære analogen. Denne analoge "koker" - maksimal verdi.
Når plassen utvides, begynner "dråper" å kondensere fra den første "dampen", der den er "kjøligere". Så langt ser alt nøyaktig det samme som med vann - hvis den overopphetede dampen er i et kar, hvis volum øker raskt nok, oppstår adiabatisk avkjøling. Hvis det er sterkt nok, vil noe av vannet falle ut som en væske.
Vann kondensert fra damp. / & kopi; 3.bp.blogspot.com
Noe lignende skjer med materie i verdensrommet. Når volumet av universet vokser, øker antallet og størrelsen på "dråper". Men så begynner noe som ikke har noen analogier i verden vi er vant til.
Betingelsene for penetrering av partikler og antipartikler i "dråpene" er ikke de samme, det er litt lettere for partikler å gjøre dette. Som et resultat krenkes den innledende likestilling av konsentrasjoner, i den kondenserte "væsken" er det litt mer stoff, og i "kokefasen" - dens antipode. I dette tilfellet forblir det totale antallet baryoner uendret.
Og så, i "kokefasen", begynner kvanteeffekter av samvirkende elektroweak-felt å virke, noe det ser ut til ikke å endre antall baryoner, men i virkeligheten utjevne antall partikler og antipartikler. Strengt tatt foregår denne prosessen i "dråper" også, men der er den mindre effektiv. Dermed reduseres det totale antallet av partikler. Dette er skrevet kort, og selvfølgelig veldig forenklet, faktisk er alt mye mer interessant, men vi vil ikke gå inn på dyp teori nå.
To effekter viser seg å være nøkkelen til å forklare situasjonen. Kvanteanomalien ved interlekter i elrowroweak er et observert faktum, det ble oppdaget allerede i 1976. Forskjellen i sannsynligheten for at partikler trenger inn i kondensasjonssonen er et beregnet faktum og derfor hypotetisk. Selve feltet, som "koker" og deretter avkjøles, er ennå ikke oppdaget. Ved dannelsen av teorien ble det antatt at dette er Higgs-feltet, men etter oppdagelsen av den berømte boson viste det seg at det ikke hadde noe å gjøre med det. Det er godt mulig at åpningen fremdeles venter i vingene. Eller kanskje ikke - og da vil kosmologer måtte finne opp andre forklaringer. Universet har ventet på dette i femten milliarder år, det kan vente på nytt.
Sergey Sysoev
