Antimateria on kuin aine kaikin tavoin. Ne muodostettiin samanaikaisesti ja yhdestä lähteestä. Seurauksena on yksi ja käytännössä ei yhtään. Tähän on oltava jokin selitys.
Kaikki mitä olemme kosketuksissamme elämässämme, on tehty aineesta. Kuppi, jota pidämme kädessämme, koostuu molekyyleistä, molekyyleistä - atomeista, atomeista, nimien vastaisesti (kreikka tarkoittaa "atomi" jakamattomia) - elektronista, protoneista ja neutroneista. Kaksi viimeistä on tutkijoiden nimittämä "baryone". Ne voidaan jakaa edelleen, kvarkeihin ja ehkä vielä pidemmälle, mutta toistaiseksi me asumme tässä. Yhdessä ne muodostavat aineen.
Kuten kaikki lukijamme tietävät, aineella on antipodi - antimateria. Kun he joutuvat kosketuksiin, he hävittävät erittäen erittäin suuren energian - ne tuhoavat. Fyysikoiden laskelmien mukaan maata lyövä tiilet kokoinen antimateriaalin pala voi aiheuttaa vedyn pommin räjähdykselle samanlaisen vaikutuksen. Kaikissa muissa suhteissa antipodit ovat samankaltaisia: antimaterialla on massaa, fysiikan lakeja sovelletaan siihen täysin, mutta sen sähkövaraus on päinvastainen. Antiprotonilla se on negatiivinen ja positronilla (antielektroni) positiivinen. Ja myös antimateriaa ei käytännössä esiinny ympärillämme olevassa todellisuudessa.
Antimaterian etsiminen
Vai onko se jossain siellä? Tällaisessa oletuksessa ei ole mitään mahdotonta, mutta elämme maailmassa, vaikka emme voi kätkeytyä antipodoidemme kanssa. On täysin mahdollista, että he asuvat myös jossain.
Todennäköisesti kaikki tänään havaitut galaksit koostuvat tavallisesta aineesta. Muuten heidän rajansa olisivat alueen, joka melkein jatkuvasti tuhoutuu ympäröivään aineeseen, se olisi näkyvissä kaukaa. Maan observatoriat rekisteröisivät tuhoamisen aikana muodostuneet energiamäärät. Kunnes tämä tapahtuu.
Todisteet huomattavien määrien antimateriaalien esiintymisestä maailmankaikkeudessa voisi olla löytö jossain avaruudessa (maapallolla, aineen suuren tiheyden vuoksi, on selvästi hyödytöntä etsiä antiheliumydimiä). Kaksi antiprotonia, kaksi antineutronia. Tällaisen ytimen muodostavat antihiukkaset tuotetaan säännöllisesti korkean energian hiukkasten törmäyksissä maanpäällisissä kiihdyttimissä ja luonnollisesti, kun ainetta pommittavat kosmiset säteet. Heidän löytönsä ei kerro meille mitään. Mutta antihelium voidaan muodostaa samalla tavalla, jos neljä sen sisältämistä hiukkasista syntyy samanaikaisesti yhdessä paikassa. Tätä ei voida kutsua täysin mahdottomaksi, mutta tällainen tapahtuma koko maailmankaikkeudessa tapahtuu noin kerran viidentoista miljardin vuoden välein, mikä on melko verrattavissa sen olemassaolon aikaan.
Mainosvideo:
Valmistelu avaruushiukkasilmaisimella varustetun ilmapallojen laukaisemiseksi osana BESS-kokeilua. Ilmaisin on näkyvissä etualalla ja painaa 3 tonnia. / & kopio; i.wp-b.com
Siksi antiheliumin havaitsemista voidaan hyvin pitää, ellei antipodojen tervehdyksenä, sitten todisteena siitä, että jossain avaruuden syvyyksissä kunnon kokoinen antimateria pala kelluu. Joten se lensi sieltä.
Valitettavasti toistuvat yritykset etsiä antiheliumia maan ilmakehän ylemmistä kerroksista tai lähestymistapaan siihen eivät ole vielä tuottaneet menestystä. Tämä on tietysti tapaus, jossa "ampumajauheen jäljen puuttuminen käsistä ei todista mitään". Voi olla, että lentää oli vain hyvin kaukana (miljardien valovuosien luokkaa), ja päästä pienelle ilmaisimelle pienellä planeetalla on vielä vaikeampaa. Ja varmasti, jos ilmaisin olisi herkempi (ja kalliimpi), menestysmahdollisuuksemme olisivat suuremmat.
Anti-tähdet, jos ne sattuisivat olemaan luonnossa, aiheuttavat lämpöydinreaktioiden aikana saman antineutrinojen vuon kuin tavalliset tähdet - niiden antipoodien vuon. Samat antineutrinot tulisi muodostua antisupernovan räjähdysten aikana. Toistaiseksi yhtäkään kuin toista ei ole löydetty, mutta on syytä huomata, että neutriinoastronomia on yleensä ottamassa ensimmäisiä askeleitaan.
Detector Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanada. / & kopio; squarespace.com
Joka tapauksessa meillä ei vielä ole luotettavaa tietoa merkittävien määrien antimateriaalien olemassaolosta maailmankaikkeudessa.
Tämä on hyvää ja huonoa samanaikaisesti. Se on huonoa, koska nykyaikaisten konseptien mukaan isojen räjähdysten jälkeisinä hetkinä muodostui sekä asia että antimateria. Myöhemmin he hävitettiin, mikä aiheutti uusinnan kosmisen säteilyn. Fotonien lukumäärä siinä on erittäin suuri, se on noin miljardi kertaa suurempi kuin baryonien (ts. Protonien ja neutronien) lukumäärä maailmankaikkeudessa. Toisin sanoen, joskus, ajan alussa, maailmankaikkeuden aine osoittautui miljardi enemmän kuin antimateria. Sitten kaikki "tarpeeton" katosi, hävitettiin ja miljoonaosa pysyi. Tuloksena on se, mitä erityiskirjallisuudessa kutsutaan baryonin epäsymmetriseksi.
Fyysikoille epätasapaino on ongelma, koska se on selitettävä jollain tavalla. Ainakin sellaisissa kohteissa, jotka käyttäytyvät kaikissa muissa suhteissa symmetrisesti.
Mutta meille (mukaan lukien fyysikot) tämä on hyvä, koska samoilla määrillä ainetta ja antimateriaa tapahtuisi täydellinen tuhoaminen, maailmankaikkeus olisi tyhjä ja kukaan ei voisi esittää kysymyksiä.
Saharovin ehdot
Tutkijat huomasivat suuren kosmologisen ongelman olemassaolon joskus 1900-luvun puolivälissä. Andrei Saharov määritteli ne olosuhteet, joissa maailmankaikkeudesta tulee se, minkä näemme, ja se on siitä lähtien ollut ainakin venäjän ja englannin kielellä temaattisen kirjallisuuden "yhteinen paikka". Hyvin yksinkertaistetussa muodossa ne näyttävät tältä.
Ensinnäkin, tietyissä olosuhteissa, jotka todennäköisesti olivat olemassa varhaisessa maailmankaikkeudessa, fysiikan lait toimivat edelleen eri tavalla aineelle ja antimateriaalille.
Toiseksi, tässä tapauksessa baryonien lukumäärä ei välttämättä ole konservoitunut, ts. Baryonien lukumäärä reaktion jälkeen ei ole sama kuin ennen sitä.
Kolmanneksi prosessin on tapahduttava räjähtävästi, ts. Sen on oltava epätasapainossa. Tämä on tärkeää, koska tasapainossa aineiden pitoisuudet pyrkivät tasaamaan ja meidän on saatava jotain erilaista.
A. D. Saharov, 1960-luvun loppupuolella. / & kopio; thematicnews.com
Siellä loppuu yleisesti hyväksytty osa selitystä, ja sitten hypoteesit hallitsevat puolen vuosisadan aikana. Tällä hetkellä autoriteettiimpi yhdistää tapauksen sähköäytön vuorovaikutukseen. Katsotaanpa tarkemmin häntä.
Kiehuva tila
Selittääksemme mitä asiallemme tapahtui, meidän on kuristettava mielikuvitustamme ja kuviteltava, että universumissa on tietty kenttä. Emme vielä tiedä mitään sen olemassaolosta ja ominaisuuksista paitsi, että se liittyy aineen ja antimaterian jakautumiseen avaruudessa ja on jossain määrin samanlainen kuin lämpötila, johon olemme tottuneet, erityisesti, että se voi ottaa suurempia ja pienempiä arvoja tietylle tasolle, joka voidaan verrata kiehumispiste.
Aluksi maailmankaikkeuden aine on sekatilassa. Ympärillä on hyvin”kuuma” - lainausmerkkejä voidaan jättää pois, koska tavallinen lämpötila on myös erittäin korkea, mutta puhumme sen kuvitteellisesta analogista. Tämä analoginen "kiehuu" - maksimiarvo.
Tila laajentuessa “tipat” alkavat tiivistyä alkuperäisestä “höyrystä”, jossa se on “viileämpi”. Toistaiseksi kaikki näyttää täsmälleen samalta kuin vedellä - jos ylikuumennettu höyry on astiassa, jonka tilavuus kasvaa riittävän nopeasti, tapahtuu adiabaattinen jäähdytys. Jos se on tarpeeksi vahva, osa vedestä putoaa nesteenä.
Höyrystä tiivistetty vesi. / & kopio; 3.bp.blogspot.com
Jotain vastaavaa tapahtuu avaruuden aineella. Kun maailmankaikkeuden tilavuus kasvaa, "tippojen" lukumäärä ja koko kasvaa. Mutta sitten alkaa jotain, jolla ei ole analogioita maailmassa, johon olemme tottuneet.
Edellytykset hiukkasten ja hiukkasten tunkeutumiselle "tippoihin" eivät ole samat, hiukkasten on hiukan helpompaa tehdä tämä. Seurauksena on pitoisuuksien alkuperäisen tasa-arvon rikkominen, tiivistetyssä "nesteessä" on vähän enemmän ainetta, ja "kiehuvassa vaiheessa" - sen antipodi. Tässä tapauksessa baryonien kokonaismäärä pysyy ennallaan.
Ja sitten "kiehumisvaiheessa" alkavat toimia vuorovaikutuksessa olevien sähköhuopakenttien kvantiefektit, joiden ei tunnu pitäisi muuttaa baryonien lukumäärää, vaan todellisuudessa tasoittaa hiukkasten ja hiukkasten lukumäärä. Tarkkaan ottaen tämä prosessi tapahtuu myös "tippoina", mutta siellä se ei ole yhtä tehokas. Siten antihiukkasten kokonaismäärä vähenee. Tämä on kirjoitettu lyhyesti ja tietenkin hyvin yksinkertaistettu, itse asiassa kaikki on paljon mielenkiintoisempaa, mutta emme syventy syvään teoriaan nyt.
Kaksi vaikutusta osoittautuvat avaimiksi tilanteen selittämisessä. Sähköajan vuorovaikutusten kvanttinen poikkeavuus on havaittu tosiasia, se löydettiin jo vuonna 1976. Ero todennäköisyydessä, että hiukkaset tunkeutuvat kondensoitumisvyöhykkeelle, on laskettu tosiasia ja siten hypoteettinen. Itse kenttää, joka "kiehuu" ja sitten jäähtyy, ei ole vielä havaittu. Teoriaa muodostettaessa oletettiin, että tämä on Higgs-kenttä, mutta kuuluisan bosonin löytämisen jälkeen kävi ilmi, ettei sillä ollut mitään tekemistä sen kanssa. On täysin mahdollista, että sen avaaminen odottaa edelleen siipissä. Tai ehkä ei - ja sitten kosmologien on keksittävä muita selityksiä. Universumi on odottanut tätä viidentoista miljardin vuoden ajan, se voi odottaa toista.
Sergey Sysoev