Antimaterie er som et stof på enhver måde. De blev dannet samtidigt og fra en kilde. Som et resultat er der meget en, og praktisk talt ingen. Der skal være en eller anden forklaring på dette.
Alt, hvad vi kommer i kontakt med i vores liv, er lavet af materie. Koppen, som vi holder i vores hånd, består af molekyler, molekyler - af atomer, atomer, i modsætning til deres navn ("atom" på græsk betyder "udelelige") - af elektroner, protoner og neutroner. De sidste to kaldes "baryoner" af forskere. De kan deles videre, i kvarker og måske endnu længere, men for nu vil vi dvæle ved dette. Sammen danner de stof.
Som alle vores læsere ved, har materien en antipode - antimaterie. Når de kommer i kontakt, udslettes de med frigivelsen af meget stor energi - de udsletter. Ifølge fysikernes beregninger kan et stykke antimaterie på størrelse med en mursten, der rammer Jorden, forårsage en virkning, der svarer til eksplosionen af en brintbombe. I alle andre henseender er antipoderne ens: antimaterie har masse, fysiklovene gælder fuldt ud for den, men dens elektriske ladning er modsat. For et antiproton er det negativt, og for en positron (antielektron) er det positivt. Og antimaterie forekommer praktisk talt ikke i virkeligheden omkring os.
Søgningen efter antimaterie
Eller er det et sted der? Der er intet umuligt i en sådan antagelse, men vi lever i verden, selvom vi ikke kan ryste hænder med vores antipoder. Det er meget muligt, at de også bor et eller andet sted.
Sandsynligvis er alle de i dag observerede galakser sammensat af almindeligt stof. Ellers ville deres grænser være en zone med næsten kontinuerlig udslettelse med det omgivende stof, det ville være synligt langvejs. Jordobservatorier ville registrere energikvanta dannet under udslettelse. Indtil dette sker.
Bevis for tilstedeværelse i universet af mærkbare mængder antimaterie kan være opdagelsen et sted i rummet (på Jorden, på grund af den høje tæthed af stof, er det klart nytteløst at kigge efter antiheliumkerner). To antiprotoner, to antineutroner. Antipartiklerne, der udgør en sådan kerne, produceres regelmæssigt i sammenstød med højenergipartikler i terrestriske acceleratorer og naturligt, når materie bombarderes af kosmiske stråler. Deres opdagelse fortæller os intet. Men antihelium kan dannes på samme måde, hvis fire af dets bestanddele af partikler samtidig fødes et sted. Dette kan ikke kaldes helt umuligt, men en sådan begivenhed i hele universet sker cirka en gang hvert femten milliard år, hvilket er ret sammenligneligt med tidspunktet for dets eksistens.
Salgsfremmende video:
Forberedelse til opsætning af en ballon med en rumpartikeldetektor som en del af BESS-eksperimentet. Detektoren er synlig i forgrunden og vejer 3 tons. / & kopi; i.wp-b.com
Derfor kan detektering af antihelium meget vel betragtes, hvis ikke som en hilsen fra antipoderne, så som et bevis på, at et sted i dybden af rummet flyder et stykke antimaterie af anstændig størrelse. Så det fløj derfra.
Desværre har gentagne forsøg på at søge efter antihelium i de øverste lag af jordatmosfæren eller på vej mod det endnu ikke skabt succes. Dette er selvfølgelig tilfældet, når "fraværet af spor med krutt på hænderne intet beviser." Det kan godt være, at det bare var meget langt at flyve (i størrelsesordenen milliarder af lysår), og det er endnu vanskeligere at komme ind i en lille detektor på en lille planet. Og helt sikkert, hvis detektoren var mere følsom (og dyrere), ville vores chancer for succes være større.
Anti-stjerner, hvis de tilfældigvis var i naturen, ville i løbet af termonukleare reaktioner frembringe den samme strøm af antineutrino, som almindelige stjerner - en strøm af deres antipoder. De samme antineutrinoer skal dannes under antisupernova-eksplosioner. Indtil videre er hverken den ene eller den anden blevet opdaget, men det skal bemærkes, at neutrinoastronomi generelt tager sine første skridt.
Detektor Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Canada. / & kopi; squarespace.com
Under alle omstændigheder har vi endnu ikke pålidelige oplysninger om eksistensen af nogen mærkbar mængde antimaterie i universet.
Dette er godt og dårligt på samme tid. Det er dårligt, for i henhold til moderne koncepter blev både materie og antimaterie dannet i de første øjeblikke efter Big Bang. Derefter udslettede de og gav anledning til relikvie af kosmisk stråling. Antallet af fotoner deri er meget stort, det er omkring en milliard gange større end antallet af baryoner (dvs. protoner og neutroner) i universet. Med andre ord, engang i begyndelsen af tiden viste substansen i universet sig at være en milliarddel mere end antimaterie. Derefter forsvandt alle de "overflødige", udslettet, og en milliardedel androg tilbage. Resultatet er, hvad der kaldes baryonasymmetri i den specielle litteratur.
For fysikere er ubalance et problem, fordi det skal forklares på en eller anden måde. I det mindste i tilfælde af genstande, der i alle andre henseender opfører sig symmetrisk.
Men for os (inklusive fysikere) er dette godt, for med de samme mængder stof og antimaterie, ville fuldstændig udslettelse forekomme, universet ville være tomt, og der ville ikke være nogen til at stille spørgsmål.
Sakharovs betingelser
Forskere indså eksistensen af et stort kosmologisk problem engang i midten af det 20. århundrede. Forholdene under hvilke universet bliver som vi ser det blev formuleret af Andrei Sakharov i 1967 og siden da har det været et "fælles sted" for tematisk litteratur, i det mindste på russisk og engelsk. I en meget forenklet form ser de sådan ud.
For det første fungerer fysiske love stadig under forskellige forhold, som sandsynligvis eksisterede i det tidlige univers, forskelligt for materie og antimaterie.
For det andet kan baryon-tallet i dette tilfælde ikke bevares, dvs. antallet af baryoner efter reaktionen er ikke lig med det der før.
For det tredje skal processen fortsætte på en eksplosiv måde, det vil sige, den skal være ikke-ligevægt. Dette er vigtigt, fordi koncentrationen af stoffer i ligevægt har tendens til at udligne, og vi er nødt til at få noget andet.
A. D. Sakharov, sidst i 1960'erne. / & kopi; thematicnews.com
Det er her den almindeligt accepterede del af forklaringen slutter, hvorefter hypoteser hersker i et halvt århundrede. Den mest autoritative i øjeblikket forbinder hændelsen med den elektriske strømbåndinteraktion. Lad os se nærmere på hende.
Kogende plads
For at forklare, hvad der skete med vores sag, bliver vi nødt til at belaste vores fantasi og forestille os, at der er et bestemt felt i universet. Vi ved endnu ikke noget om dens eksistens og egenskaber, bortset fra at det er forbundet med fordeling af stof og antimaterie i rummet og til en vis grad svarer til den temperatur, vi er vant til, især kan det tage større og mindre værdier, op til et vist niveau, som kan sammenlignes kogepunkt.
Oprindeligt er materien i universet i en blandet tilstand. Det er meget "varmt" rundt - citaterne kunne udelades her, da den sædvanlige temperatur også er meget høj, men vi taler om dens imaginære analog. Denne analoge "koger" - den maksimale værdi.
Når rummet udvides, begynder "dråber" at kondensere fra den indledende "damp", hvor det er "køligere". Indtil videre ser alt nøjagtigt det samme som med vand - hvis den overophedede damp er i et kar, hvis volumen øges hurtigt nok, sker der adiabatisk afkøling. Hvis det er stærkt nok, falder noget af vandet ud som en væske.
Vand kondenseret fra damp. / & kopi; 3.bp.blogspot.com
Noget lignende sker med stof i rummet. Når universets volumen vokser, stiger antallet og størrelsen på "dråber". Men så begynder noget, der ikke har nogen analogier i den verden, vi er vant til.
Betingelserne for penetration af partikler og antipartikler i "dråberne" er ikke de samme, det er lidt lettere for partikler at gøre dette. Som et resultat krænkes den indledende ligestilling af koncentrationer, i den kondenserede "væske" er der lidt mere stof, og i den "kogende fase" - dens modstand. I dette tilfælde forbliver det samlede antal baryoner uændret.
Og derefter, i den "kogende fase", begynder kvanteeffekter af interagerende elektroweak-felter at virke, hvilket tilsyneladende ikke bør ændre antallet af baryoner, men i virkeligheden udjævne antallet af partikler og antipartikler. Strengt taget foregår denne proces også i "dråber", men der er den mindre effektiv. Det samlede antal antipartikler reduceres således. Dette er skrevet kort, og selvfølgelig meget forenklet, faktisk er alt meget mere interessant, men vi vil ikke gå ind i dyb teori nu.
To effekter viser sig at være nøglen til at forklare situationen. Kvanteanomalien ved interaktioner mellem elektroweak er en observeret kendsgerning, den blev opdaget tilbage i 1976. Forskellen i sandsynligheden for, at partikler trænger ind i kondensationszonen, er en beregnet kendsgerning og derfor hypotetisk. Selve feltet, som "koger" og derefter afkøles, er endnu ikke detekteret. Ved dannelsen af teorien blev det antaget, at dette er Higgs-feltet, men efter opdagelsen af den berømte boson viste det sig, at det ikke havde noget at gøre med det. Det er meget muligt, at åbningen stadig venter i vingerne. Eller måske ikke - og så bliver kosmologer nødt til at opfinde andre forklaringer. Universet har ventet på dette i femten milliarder år, det kan vente et andet.
Sergey Sysoev