Antimaterija je poput svake tvari. Nastali su istovremeno i iz jednog izvora. Kao rezultat toga, postoji puno, a gotovo ništa. Za to mora postojati neko objašnjenje.
Sve s čime u životu dolazimo u kontakt je od materije. Šalica koju držimo u ruci sastoji se od molekula, molekula - atoma, atoma, suprotno njihovom imenu („atom“na grčkom znači „nedjeljiv“) - elektrona, protona i neutrona. Posljednja dva znanstvenici nazivaju "barioni". Mogu se podijeliti dalje, u kvarkove, a možda i dalje, ali za sada ćemo se na tome zaustaviti. Zajedno tvore materiju.
Kao što svi naši čitatelji znaju, materija ima antipod - antimateriju. Kad dođu u kontakt, oni se uništavaju oslobađanjem vrlo velike energije - oni uništavaju. Prema proračunima fizičara, komad antimaterije veličine opeke, koji udara u Zemlju, može izazvati učinak sličan eksploziji vodikove bombe. U svim ostalim aspektima antipode su slične: antimaterija ima masu, zakoni fizike na nju se u potpunosti primjenjuju, ali njen je električni naboj suprotan. Za antiproton je negativan, a za pozitron (antielektron) pozitivan. A također antimaterija se praktički ne događa u stvarnosti oko nas.
Potraga za antimaterijom
Ili je negdje tamo? U takvoj pretpostavci ne postoji ništa nemoguće, ali živimo u svijetu, iako se ne možemo rukovati sa svojim antipodama. Sasvim je moguće da i oni negdje žive.
Vjerojatno su sve galaksije promatrane danas sastavljene od obične materije. U suprotnom, njihove bi granice bile zona gotovo neprekidnog uništavanja s okolnom materijom, bilo bi vidljivo izdaleka. Zemaljske opservatorije registrirale bi kvante energije nastale tijekom uništavanja. Dok se to ne dogodi.
Dokaz o prisutnosti u Svemiru uočljivih količina antimaterije moglo bi biti otkriće negdje u svemiru (na Zemlji je, zbog velike gustoće materije, beskorisno tražiti jezgre antihelija). Dva antiprotona, dva antineutrona. Antičestice koje čine takvo jezgro redovito se stvaraju u sudarima visokoenergetskih čestica u zemaljskim akceleratorima i prirodno kada materiju bombardiraju kozmičke zrake. Njihovo otkriće ne govori nam ništa. Ali antihelij se može formirati na isti način ako se četiri njegove sastavne čestice istovremeno rode na jednom mjestu. To se ne može nazvati potpuno nemogućim, ali takav se događaj u cijelom Svemiru događa otprilike jednom u petnaest milijardi godina, što je prilično usporedivo s vremenom njegova postojanja.
Promotivni video:
Priprema za lansiranje balona s detektorom svemirskih čestica kao dijela eksperimenta BESS. Detektor je vidljiv u prvom planu i teži 3 tone. / & copy; i.wp-b.com
Stoga se otkrivanje antihelija može smatrati, ako ne i pozdravom antipoda, onda kao dokaz da negdje u svemirskim dubinama lebdi komad antimaterije pristojne veličine. Tako je odletjelo od tamo.
Jao, opetovani pokušaji traženja antihelija u gornjim slojevima zemljine atmosfere ili na njegovom pristupu još uvijek nisu donijeli uspjeh. Naravno, to je slučaj kada "odsutnost tragova baruta na rukama ne dokazuje ništa". Moglo bi se dogoditi da je samo jako daleko letjeti (redom od milijarda svjetlosnih godina), a ući u mali detektor na malom planetu još je teže. I sigurno, da su detektori osjetljiviji (i skuplji), naše bi šanse za uspjeh bile veće.
Ako bi se one dogodile u prirodi, antizvijezde bi tijekom termonuklearnih reakcija stvorile isti tok antineutrina, kao i obične zvijezde - tok njihovih antipoda. Tijekom antisupernove eksplozije trebali bi se formirati isti antineutrini. Do sada nije otkriveno ni jedno ni drugo, ali treba napomenuti da neutrino astronomija uglavnom poduzima svoje prve korake.
Detektor Neutrino opservatorij Sudbury (SNO), Kanada. / & copy; squarespace.com
U svakom slučaju, još nemamo pouzdane podatke o postojanju značajnih količina antimaterije u Svemiru.
To je istovremeno dobro i loše. Loše je jer, prema modernim konceptima, u prvim trenucima nakon Velikog praska nastaju i materija i antimaterija. Nakon toga, oni su uništili, što je dovelo do relikvija kozmičkog zračenja. Broj fotona u njemu je vrlo velik, oko milijardu puta je veći od broja bariona (tj. Protona i neutrona) u Svemiru. Drugim riječima, nekad se na početku vremena pokazalo da je tvar u Svemiru milijardu više nego antimaterija. Tada su svi "suvišni" nestali, uništili se i ostala je jedna milijarda udjela. Rezultat je to što se u specijalnoj literaturi naziva barijonova asimetrija.
Za fizičare je neravnoteža problem jer se mora nekako objasniti. Barem u slučaju predmeta koji se u svim ostalim aspektima ponašaju simetrično.
A za nas (uključujući fizičare) to je dobro, jer s istim količinama materije i antimaterije dogodiće se potpuno uništenje, Svemir bi bio prazan i ne bi bilo tko postavljati pitanja.
Saharovim uvjetima
Znanstvenici su shvatili postojanje velikog kozmološkog problema negdje sredinom 20. stoljeća. Uvjete pod kojima Svemir postaje onakav kakvim ga vidimo formulirao je Andrei Saharov 1967. i od tada su bili „zajedničko mjesto“tematske literature, barem na ruskom i engleskom jeziku. U vrlo pojednostavljenom obliku izgledaju ovako.
Prvo, u nekim uvjetima, koji su vjerojatno postojali u ranom Svemiru, zakoni fizike i dalje djeluju drugačije na materiju i antimateriju.
Drugo, u ovom se slučaju broj bariona ne može sačuvati, tj. Broj bariona nakon reakcije nije jednak onome prije njega.
Treće, proces se mora odvijati eksplozivno, odnosno mora biti u neravnoteži. To je važno jer u ravnoteži koncentracije tvari imaju tendenciju izjednačavanja i moramo dobiti nešto drugačije.
A. D. Saharov, krajem 1960-ih. / & copy; thematicnews.com
Tu završava opće prihvaćeni dio objašnjenja, a zatim hipoteze zavladaju u pola stoljeća. Najautoritativnija u ovom trenutku povezuje incident s elektro-slabom interakcijom. Pogledajmo je bliže.
Prostor za vrenje
Da bismo objasnili što se dogodilo s našom materijom, morat ćemo napregnuti svoju maštu i zamisliti da u Svemiru postoji određeno polje. Još ne znamo ništa o njegovom postojanju i svojstvima, osim što je povezano s raspodjelom materije i antimaterije u prostoru i donekle je slična temperaturi na koju smo navikli, posebno ona može poprimiti veće i manje vrijednosti, do određene razine, što se može usporediti vrelište.
U početku je materija u svemiru u miješanom stanju. Okolo je "vruće" - navodnici bi se ovdje mogli izostaviti, jer je uobičajena temperatura također vrlo visoka, ali govorimo o njenom imaginarnom analognom. Ovaj analog "kuha" - maksimalna vrijednost.
Kako se prostor širi, kapljice se počinju kondenzirati od početnog "pare" u kojoj je "hladnije". Za sada sve izgleda potpuno isto kao i kod vode - ako se pregrijana para nalazi u posudi, čiji se volumen dovoljno brzo povećava, tada dolazi do adijabatnog hlađenja. Ako je dovoljno jak, tada će dio vode ispasti kao tekućina.
Voda kondenzirana iz pare. / & copy; 3.bp.blogspot.com
Nešto slično se događa s materijom u svemiru. Kako volumen Svemira raste, broj i veličina "kapi" povećavaju se. Ali tada počinje nešto što nema analogija u svijetu na koji smo navikli.
Uvjeti za prodor čestica i antičestica u "kapi" nisu isti, čestice je to malo lakše. Kao rezultat toga, narušava se početna jednakost koncentracija, u kondenziranoj "tekućini" nalazi se malo više tvari, a u "fazi ključanja" - njezin antipod. U ovom slučaju ukupni broj bariona ostaje nepromijenjen.
A onda, u "fazi ključanja", počinju djelovati kvantni učinci interaktivnih elektro-slabih polja, koja, kako se čini, ne bi trebala mijenjati broj bariona, već u stvarnosti izjednačiti broj čestica i antičestica. Strogo govoreći, i ovaj se proces odvija u "kapljicama", ali je manje učinkovit. Dakle, ukupni broj antičestica se smanjuje. Ovo je napisano ukratko i, naravno, vrlo pojednostavljeno, u stvari je sve puno zanimljivije, ali nećemo sada ulaziti u duboku teoriju.
Dva su efekta ključna za objašnjenje situacije. Kvantna anomalija elektro slabih interakcija je zapažena činjenica, otkrivena je još 1976. godine. Razlika u vjerojatnosti čestica koje prodiru u zonu kondenzacije je izračunata činjenica i, stoga, hipotetička. Samo polje, koje "ključa", a zatim se hladi, još nije otkriveno. Prilikom formiranja teorije pretpostavljalo se da je to Higgsovo polje, ali nakon otkrića slavnog bozona pokazalo se da s tim nema nikakve veze. Sasvim je moguće da se njegovo otvaranje još uvijek čeka na krilima. Ili možda ne - i tada će kozmolozi morati izmisliti druga objašnjenja. Svemir je ovo čekao petnaest milijardi godina, može pričekati još jedan.
Sergej Sysoev
