Perang partikel dan antipartikel. Perang partikel dan antipartikel Sejarah penemuan antipartikel

Hipotesis antipartikel pertama kali muncul pada tahun 1928, ketika P. Dirac, berdasarkan persamaan gelombang relativistik, meramalkan keberadaan positron (lihat § 263), yang ditemukan empat tahun kemudian oleh K. Anderson sebagai bagian dari radiasi kosmik.

Elektron dan positron bukan satu-satunya pasangan partikel dan antipartikel. Berdasarkan teori kuantum relativistik, mereka sampai pada kesimpulan bahwa untuk setiap partikel elementer harus ada antipartikel (prinsip konjugasi muatan). Eksperimen menunjukkan bahwa, dengan beberapa pengecualian (misalnya, foton dan p 0 -meson), memang, setiap partikel berkorespondensi dengan antipartikel.

Ini mengikuti dari ketentuan umum teori kuantum bahwa partikel dan antipartikel harus memiliki massa yang sama, masa hidup yang sama dalam ruang hampa, modulus yang sama tetapi muatan listrik (dan momen magnetik) yang berlawanan, putaran dan putaran isotop yang sama, dan putaran yang sama. bilangan kuantum lainnya. , dikaitkan dengan partikel elementer untuk menggambarkan hukum interaksi mereka (bilangan lepton (lihat § 275), bilangan baryon (lihat § 275), keanehan (lihat § 274), pesona (lihat § 275), dll.) . Hingga tahun 1956, diyakini bahwa ada simetri lengkap antara partikel dan antipartikel, yaitu jika beberapa proses terjadi di antara partikel, maka pasti ada proses yang persis sama (dengan karakteristik yang sama) di antara antipartikel. Namun, pada tahun 1956 terbukti bahwa simetri seperti itu hanya karakteristik untuk interaksi yang kuat dan elektromagnetik dan dilanggar untuk interaksi yang lemah.

Menurut teori Dirac, tumbukan partikel dan antipartikel harus mengarah pada penghancuran bersama, sebagai akibatnya partikel atau foton elementer lainnya muncul. Contohnya adalah reaksi yang dianggap (263.3) dari pemusnahan pasangan elektron-positron (-1 0 e+ + 1 0 e® 2g).

Setelah prediksi keberadaan positron secara teoritis dikonfirmasi secara eksperimental, muncul pertanyaan tentang keberadaan antiproton dan antineutron. Perhitungan menunjukkan bahwa untuk membuat pasangan partikel-antipartikel, perlu mengeluarkan energi yang melebihi energi istirahat ganda pasangan, karena partikel harus diberi energi kinetik yang sangat signifikan. Untuk membuat p-p̃-pair, diperlukan energi sekitar 4,4 GeV. Antiproton memang ditemukan secara eksperimental (1955) selama hamburan proton (dipercepat pada synchrophasotron terbesar di University of California) oleh nukleon inti target (tembaga berfungsi sebagai target), sebagai akibatnya sepasang p - p̃ lahir.

Antiproton berbeda dari proton dalam tanda muatan listrik dan momen magnetnya sendiri. Antiproton dapat memusnahkan tidak hanya dengan proton, tetapi juga dengan neutron:

(273.1) (273.2) (273.3)

Setahun kemudian (1956), akselerator yang sama berhasil mendapatkan antineutron (ñ) dan melakukan pemusnahannya. Antineutron muncul sebagai hasil dari pertukaran muatan antiproton saat bergerak melalui materi. Reaksi pertukaran muatan р̃ terdiri dari pertukaran muatan antara nukleon dan antinukleon dan dapat berlangsung sesuai dengan skema

(273.4) (273.5)

Antineutron ñ berbeda dari neutron dalam tanda momen magnetnya sendiri. Jika antiproton adalah partikel stabil, maka antineutron bebas, jika tidak mengalami pemusnahan, akhirnya mengalami peluruhan sesuai skema

Antipartikel juga telah ditemukan untuk p + meson, kaon, dan hiperon (lihat § 274). Namun, ada partikel yang tidak memiliki antipartikel - inilah yang disebut partikel yang benar-benar netral. Ini termasuk foton, p°-meson dan η-meson (massanya 1074m e , masa hidup 7×10 -19 s; meluruh dengan pembentukan p-meson dan γ-kuanta). Partikel yang benar-benar netral tidak mampu memusnahkan, tetapi mereka mengalami transformasi timbal balik, yang merupakan sifat fundamental dari semua partikel elementer. Kita dapat mengatakan bahwa setiap partikel yang benar-benar netral identik dengan antipartikelnya.

Yang sangat menarik dan kesulitan yang serius adalah bukti keberadaan antineutrino dan jawaban atas pertanyaan apakah neutrino dan antineutrino adalah partikel yang identik atau berbeda. Menggunakan aliran kuat antineutrino yang diperoleh dalam reaktor (fragmen fisi inti berat mengalami peluruhan β dan, menurut (258.1), memancarkan antineutrino), fisikawan Amerika F. Reines dan K. Cowan (1956) dengan andal mencatat reaksi penangkapan elektron antineutrino oleh proton:

Demikian pula, reaksi penangkapan elektron neutrino oleh neutron adalah tetap:

Jadi, reaksi (273.6) dan (273.7), di satu sisi, merupakan bukti tak terbantahkan bahwa v e dan ṽ e, adalah partikel nyata, dan bukan konsep fiktif yang diperkenalkan hanya untuk menjelaskan peluruhan-β, dan di sisi lain, menegaskan kesimpulan bahwa v e dan ṽ e- berbagai partikel.

Selanjutnya, percobaan pada produksi dan penyerapan neutrino muon menunjukkan hal itu vm dan ṽ m adalah partikel yang berbeda. Terbukti juga bahwa pasangan v e, vm adalah partikel yang berbeda, dan pasangan v e, ṽ e tidak sama dengan pasangan vm, ṽ m Menurut gagasan B. M. Pontecorvo (lihat § 271), reaksi penangkapan neutrino muon dilakukan (diperoleh dengan peluruhan p + ®m + + v m (271.1)) oleh neutron dan partikel yang dihasilkan adalah diamati. Ternyata reaksi (273,7) tidak terjadi, dan penangkapan terjadi sesuai skema

yaitu, bukannya elektron, m - -muon lahir dalam reaksi. Ini menegaskan perbedaan antara v e dan vm

Menurut konsep modern, neutrino dan antineutrino berbeda satu sama lain dalam salah satu karakteristik kuantum dari keadaan partikel elementer - spnalitas, yang didefinisikan sebagai proyeksi putaran partikel ke arah geraknya (per momentum). Untuk menjelaskan data eksperimen, diasumsikan bahwa putaran neutrino s berorientasi antiparalel terhadap momentum p, yaitu arah p dan s membentuk sekrup tangan kiri dan neutrino memiliki helisitas tangan kiri (Gbr. 349, a ). Untuk antineutrino, arah p dan s membentuk sekrup kanan, yaitu antineutrino memiliki tulang belakang kanan (Gbr. 349, b). Properti ini sama-sama berlaku untuk neutrino elektron dan muon (antineutrino).

Agar helisitas dapat digunakan sebagai ciri neutrino (antineutrino), massa neutrino harus dianggap nol. Pengenalan helisitas memungkinkan untuk menjelaskan, misalnya, pelanggaran hukum kekekalan paritas (lihat § 274) dalam kasus interaksi lemah yang menyebabkan peluruhan partikel elementer dan peluruhan β. Jadi, m - -muon diberi helisitas kanan, m + -muon - kiri.

Setelah penemuan antipartikel dalam jumlah yang begitu besar, muncul tugas baru - menemukan antinukleus, dengan kata lain membuktikan keberadaan antimateri yang tersusun dari antipartikel, seperti halnya materi dari partikel. Antinuclei memang telah ditemukan. Antinukleus pertama, antideuteron (keadaan terikat p̃ dan ñ), diperoleh pada tahun 1965 oleh sekelompok fisikawan Amerika yang dipimpin oleh L. Lederman.Selanjutnya, inti antihelium (1970) dan antitritium (1973) disintesis di akselerator Serpukhov .

Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa kemungkinan pemusnahan saat partikel bertemu tidak memungkinkan antipartikel ada di antara partikel untuk waktu yang lama. Oleh karena itu, untuk keadaan antimateri yang stabil, ia harus diisolasi dari materi. Jika ada akumulasi antimateri di dekat bagian Alam Semesta yang kita kenal, maka radiasi pemusnahan yang kuat (ledakan dengan pelepasan energi dalam jumlah besar) harus diamati. Namun, ahli astrofisika sejauh ini belum mendaftarkan hal semacam itu. Penelitian dilakukan untuk mencari antinuclei (akhirnya antimateri), dan keberhasilan pertama yang dicapai dalam arah ini sangat penting untuk pengetahuan lebih lanjut tentang struktur materi.

Kami terbiasa menggunakan anti- untuk menunjukkan entitas yang berlawanan. Misalnya, pahlawan dan anti-pahlawan dalam film petualangan berada dalam pertarungan sengit. Namun, dalam mikrokosmos, partikel dan antipartikel tidak sepenuhnya bertentangan satu sama lain. Partikel dan antipartikel memiliki massa, masa hidup, putaran yang sama, hanya muatannya yang berbeda. Tapi tidak semuanya begitu sederhana di sini juga.

Apa itu antipartikel

Sebagai aturan, dari bangku sekolah, kebanyakan orang hanya memahami muatan listrik sebagai muatan. Memang, jika kita menganggap elektron dan antipartikelnya - positron, maka muatan listriknya berbeda persis: elektron bermuatan listrik negatif, dan positron bermuatan positif. Namun, selain elektromagnetik, ada juga interaksi gravitasi, kuat dan lemah, yang masing-masing juga memiliki muatannya sendiri. Katakanlah sebuah proton, yang memiliki muatan listrik positif, dan antiproton, yang memiliki muatan listrik negatif, dalam interaksi yang kuat memperoleh muatan baryon (atau bilangan baryon) sama dengan +1 untuk sebuah proton dan -1 untuk sebuah antiproton . Oleh karena itu, jika tidak ada muatan listrik, misalnya seperti pada neutron dan antineutron, partikel yang berinteraksi kuat masih berbeda nomor baryonnya, yaitu +1 untuk neutron dan -1 untuk antineutron.

Apakah ada situasi ketika muatan baryon dan listrik sama dengan nol? Ya, misalnya dalam kasus meson. Mereka terdiri dari quark dan antiquark, dan menurut definisi muatan baryonnya adalah nol. Pertimbangkan, misalnya, K-meson yang netral secara elektrik - partikel luar biasa yang ditemukan pelanggaran kombinasi spasial dan paritas muatan. Ada meson K0 dan meson anti-K0. Muatan listrik dan baryon dari kedua partikel sama dengan nol. Lalu mengapa mereka dianggap sebagai partikel dan antipartikel? Dalam hal ini, komposisi quark meson berbeda. Meson K0 terdiri dari anti-s quark dan d quark. Meson anti-K0, sebaliknya, terdiri dari s-quark dan anti-d-quark. Quark aneh - s - memiliki bilangan kuantum atau muatan baru - keanehan. Keanehan berbeda untuk quark s dan anti-s, sama seperti muatan baryon berbeda untuk proton dan antiproton; d-quark dan d-antiquark memiliki bilangan kuantumnya sendiri, mirip dengan keanehan. Muatan ini memungkinkan untuk membedakan antara meson elektrik dan baryon-netral K0 dan anti-K0.

Namun, partikel dan antipartikel itu identik. Misalnya, meson φ, yang terdiri dari anti-s-quark dan s-quark, dan antipartikelnya, sebaliknya, terdiri dari s-quark dan anti-s-quark. Ternyata φ-meson adalah antipartikelnya sendiri. Nyatanya, ada banyak partikel yang mirip dengan φ meson. Yang paling terkenal mungkin adalah meson J/ψ, yang terdiri dari quark charm dan antiquark. Foton juga identik dengan diri mereka sendiri. Dan pembawa interaksi lemah - Z0-boson - juga. Tetapi ada satu partikel elementer yang jawaban atas pertanyaan apakah itu identik dengan dirinya sendiri belum diklarifikasi. Partikel ini adalah neutrino. Ia hanya berpartisipasi dalam interaksi lemah dan gravitasi. Namun, interaksi gravitasi pada skala energi yang tersedia saat ini tidak memainkan peran apa pun. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa neutrino hanya berpartisipasi dalam interaksi yang lemah. Ada dua pendekatan untuk mendeskripsikan keadaan neutrino dalam teori medan kuantum. Yang pertama adalah apa yang disebut pendekatan Dirac, di mana neutrino dan antineutrino dianggap tidak identik satu sama lain. Dengan kata lain, dari sudut pandang ahli teori, neutrino dan antineutrino mirip dengan elektron dan positron. Yang kedua adalah pendekatan Majorana, di mana neutrino dan antineutrino dianggap identik satu sama lain. Pilihan yang mendukung konsep Majorana dapat diberikan oleh pengamatan eksperimental peluruhan beta ganda neutrinoless dari nukleus. Peluruhan ini adalah salah satu yang paling sulit diamati secara eksperimental. Saat ini, proses ini masih belum ditemukan.

Sejarah penemuan antipartikel

Sudah di Yunani kuno, para pemikir kuno mengajukan pertanyaan tentang struktur dasar materi. Menurut gaya ilmiah pada tahun-tahun itu, orang Yunani sedang mencari unsur-unsur utama. Sebagai hasil dari pencarian ini, orang Yunani memiliki beberapa kumpulan elemen primer yang sangat berbeda dan bahkan konsep atom sebagai pelengkap yang luar biasa. Tetapi orang Yunani tidak dapat membuat pilihan di antara set yang berbeda, karena hanya argumen logis yang tidak cukup untuk pilihan tersebut, dan hampir 2000 tahun tersisa sebelum gagasan untuk membuat eksperimen yang menentukan.

Baru pada pergantian abad XVII-XVIII, fisika dibentuk sebagai ilmu yang penggerak utamanya adalah eksperimen, dan tetap demikian hingga kuartal pertama abad XX. Hasil eksperimen tak terduga itulah yang mendorong munculnya elektrodinamika klasik, teori relativitas khusus, dan mekanika kuantum.

Namun, pada tahun 1928 semuanya berubah. Seorang ahli fisika teoretis Inggris yang luar biasa, salah satu pencipta mekanika kuantum, Paul Dirac menulis persamaan kuantum relativistik untuk partikel dengan putaran setengah bilangan bulat. Persamaan ini memiliki satu fitur penting yang tidak dimasukkan Dirac di dalamnya: jika persamaan ini memiliki solusi untuk partikel bermuatan listrik negatif, solusi tambahan pasti akan muncul untuk partikel bermuatan positif. Pada awal tahun 1930-an, hanya satu partikel dengan putaran setengah bilangan bulat dan muatan negatif yang diketahui - yaitu elektron - dan satu partikel dengan putaran setengah bilangan bulat dan muatan positif, dan itu adalah proton. Awalnya, fisikawan mengira bahwa dua solusi persamaan Dirac berhubungan dengan dua partikel ini. Tetapi segera ahli matematika Jerman Hermann Weyl membuktikan bahwa partikel dari persamaan Dirac dengan muatan positif dan negatif harus memiliki massa yang sama. Dan kemudian ada masalah, karena proton kira-kira 2000 kali lebih berat daripada elektron.

Artinya, teori Dirac meramalkan fakta baru yang fundamental. Dalam istilah modern, Paul Dirac meramalkan antipartikel. Hanya pada awalnya tidak ada yang percaya pada mereka, dan Dirac sendiri dikritik karena dugaan persamaan yang salah. Dan sia-sia. Lagi pula, sudah setahun sejak antipartikel ditemukan. Hanya penemu mereka, fisikawan eksperimental Soviet yang berbakat, Dmitry Vladimirovich Skobeltsyn, yang tidak mengetahui hal ini. Faktanya adalah dia terpesona oleh masalah yang relevan saat itu: studi tentang komposisi sinar kosmik, yaitu partikel yang jatuh ke bumi dari luar angkasa. Untuk mengukur momentum partikel sinar kosmik dan muatannya, Skobeltsyn menempatkan ruang awan - perangkat terbaru tahun 1930-an yang merekam jejak partikel bermuatan - dalam medan magnet konstan. Dalam ruangan seperti itu, partikel bermuatan positif yang datang dari luar angkasa harus berputar ke satu arah, dan partikel negatif ke arah lain. Skobeltsyn mengamati beberapa lintasan yang mirip dengan lintasan elektron, tetapi berputar ke arah yang berlawanan. Dari ketinggian pengetahuan modern, kami memahami bahwa jejak seperti itu ditinggalkan oleh positron. Tetapi ilmuwan menyarankan agar jejak ini ditinggalkan oleh elektron yang terbang dari permukaan bumi, di mana jejak tersebut terbentuk sebagai hasil dari radioaktivitas alami, dan tidak lagi tertarik pada jejak ini.

Oleh karena itu, Karl Anderson dianggap sebagai penemu positron pertama di dunia. Eksperimen Amerika yang brilian ini mengetahui tentang teori Dirac dan ingin menguji secara eksperimental keberadaan "elektron dengan muatan berbeda". Anderson menggunakan teknik Skobeltsyn dengan tambahan kecil yang membuat peneliti Amerika itu menjadi peraih Nobel: dia menempatkan pelat timah di ruang awan. Ketika partikel bermuatan menabrak pelat, ia kehilangan sebagian energinya, momentumnya berkurang, dan kelengkungan lintasan dalam medan magnet berubah. Oleh karena itu, dengan mengubah kelengkungan lintasan, seseorang dapat memahami dari sisi pelat timah mana partikel tersebut memasuki ruangan. Ini adalah informasi yang tidak dimiliki Skobeltsyn untuk menemukan positron. Ternyata partikel yang jejaknya mirip dengan jejak elektron, tetapi berputar ke arah yang berlawanan, terbang dari luar angkasa dengan cara yang sama seperti elektron biasa. Anderson melakukan eksperimennya pada tahun 1932. Tahun ini dianggap sebagai tahun penemuan antipartikel dan tahun di mana teori fisika partikel mulai melampaui eksperimen. Neutrino, Higgs boson, quark teratas pertama kali diprediksi oleh para ahli teori. Kadang-kadang percobaan mengkonfirmasi teori setelah setengah abad, seperti yang terjadi, misalnya, dengan boson Higgs.

Kita dapat mengatakan bahwa pada tingkat yang baru kita telah kembali ke situasi yang ada di Yunani Kuno: ahli teori menawarkan banyak konsep fundamental baru, seperti halnya orang Yunani pernah mengusulkan berbagai rangkaian elemen primer. Baru sekarang para peneliti mencoba menguji konsep-konsep ini jika ada kemungkinan teknologi seperti itu.

Bagaimana dengan antiproton? Ini adalah antipartikel kedua yang ditemukan oleh fisikawan. Itu ditemukan pada tahun 1955 di akselerator proton oleh sekelompok fisikawan Italia berbakat Emilio Segre, yang melarikan diri dari Nazi ke Amerika. Penemuan itu dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1959. Hampir bersamaan dengan antiproton, antineutron ditemukan.

Ratusan antipartikel kini telah ditemukan. Partikel bermuatan apa pun, tidak harus dengan putaran setengah bilangan bulat, memiliki antipartikelnya sendiri. Hadiah Nobel diberikan untuk penemuan antipartikel. Dan sifat partikel dan antipartikel yang ditemukan oleh Anderson selama interaksi untuk berubah menjadi foton - untuk dimusnahkan - memunculkan salah satu misteri fundamental fisika modern - asimetri baryon Alam Semesta. Persamaan Dirac telah lama dikenal oleh semua fisikawan dan menjadi dasar teori medan kuantum.

Dari antipartikel menjadi antimateri

Jika pada tahun 1960-an fisikawan dapat memperoleh positron, antiproton, dan antineutron, maka tampaknya dari sini satu langkah menuju sintesis antimateri, seperti antihidrogen. Namun, ada kesulitan besar di sepanjang jalan.

Untuk membuat atom dan molekul antimateri, tidak cukup hanya dengan mendapatkan bahan penyusunnya - antipartikel. Antipartikel ini perlu diperlambat. Tapi yang terpenting, antimateri harus disimpan di dunia yang terdiri dari materi. Antipartikel tidak bisa begitu saja dimasukkan ke dalam kotak: mereka akan musnah bersama dinding kotak. Jika kita ingin mengawetkan antipartikel, maka kita harus menyimpannya dalam ruang hampa dan dalam "bejana tanpa dinding". Untuk partikel bermuatan, medan magnet tidak homogen yang kuat dapat digunakan sebagai bejana tersebut. Tugas membatasi partikel netral jauh lebih sulit, tetapi lama kelamaan hal itu juga diselesaikan dengan menggunakan medan magnet. Saat ini, antihidrogen ditahan dalam perangkap Penning magnetik selama hampir 20 menit.

Sintesis antimateri logis dimulai dengan sintesis antinuklei. Sampai saat ini, bagaimanapun, sedikit kemajuan telah dibuat dalam arah ini. Hanya antihelium-3, yang terdiri dari dua antiproton dan satu antineutron, dan antihelium-4, yang terdiri dari dua antiproton dan dua antineutron, telah disintesis. (Perhatikan bahwa antihelium-3 disintesis di Institut Fisika Energi Tinggi dekat Moskow pada akselerator U-70, yang saat ini merupakan akselerator partikel berenergi tertinggi di Rusia.)

Bahkan lebih sedikit kemajuan yang dicapai dalam sintesis antiatom. Saat ini, hanya atom antihidrogen yang telah disintesis. Atom tunggal antihidrogen disintesis di Pusat Fisika Partikel Eropa (CERN) hanya pada tahun 1995. Terobosan nyata datang pada tahun 2002, ketika sekitar 50 juta atom antihidrogen disintesis. Sejak saat itu, CERN menjadi pemimpin dunia dalam studi sifat fisik dan kimia antimateri.

Antipartikel dan Hukum Dasar Alam

Dalam fisika modern, simetri memainkan peran yang luar biasa. Dalam teori medan kuantum, salah satu simetri terpenting adalah apa yang disebut simetri CPT, yaitu simetri sehubungan dengan penggantian simultan semua muatan dengan © berlawanan, pantulan cermin ruang (P) dan pembalikan waktu (T). Diyakini bahwa hanya teori simetris CPT yang dapat direalisasikan di alam. Simetri CPT menyiratkan banyak sifat yang harus dipatuhi partikel dan antipartikel, misalnya persamaan massa keduanya. Saat ini, menarik bagaimana tidak begitu banyak antipartikel individu berperilaku, tetapi anti-objek yang lebih kompleks, seperti nuklei dan atom. Misalnya, CERN secara aktif menyelidiki sifat spektroskopi atom antihidrogen. Simetri CPT mensyaratkan sifat-sifat ini persis sama dengan atom hidrogen. Juga, atom antihidrogen harus jatuh di medan gravitasi bumi dengan cara yang sama seperti atom hidrogen. Dan eksperimen semacam itu sekarang sedang dilakukan di CERN. Jadi CERN bukan hanya Large Hadron Collider dan Higgs boson. Ini juga merupakan ujian simetri dasar alam. Untuk memahami dunia di sekitar kita, simetri ini bahkan lebih penting daripada Higgs boson. Sejauh ini, eksperimen belum dapat menemukan satu pun tanda pelanggaran simetri CPT.

Sekarang mari kita melihat-lihat dan bertanya pada diri sendiri pertanyaan alami lainnya: mengapa kita hanya dikelilingi oleh materi? Dan di mana antimateri menghilang dari dunia kita? Masalah ini disebut asimetri baryon alam semesta. Dari teorema CPT, adalah naif untuk mengharapkan adanya jumlah materi dan antimateri yang sama setelah Big Bang. Artinya cepat atau lambat pemusnahan global dapat terjadi. Dan hanya foton tunggal yang hampir tidak berinteraksi yang akan mengalir melalui Alam Semesta yang tak bernyawa.

Teka-teki asimetri baryon belum terpecahkan. Beberapa jawaban dapat ditawarkan di sini. Misalnya, tata surya kita terbuat dari materi, sedangkan sistem bintang lain yang terletak jauh dari kita terbuat dari antimateri. Tapi kemudian tidak jelas, untuk alasan apa, alih-alih pemusnahan, materi dan antimateri lebih suka berpisah di ruang angkasa? Dan para astronom tidak mengamati antiworld bintang.

Gagasan lain diajukan pada tahun 1967 oleh akademisi Soviet, peraih Hadiah Nobel Perdamaian Andrei Dmitrievich Sakharov. Dia menyarankan bahwa nomor baryon - yang sama dengan yang kita bicarakan di awal artikel ini - dilanggar, dan juga menggunakan fakta eksperimental pelanggaran muatan gabungan © dan paritas spasial (P). Kemudian partikel yang tidak stabil dapat meluruh agak berbeda dari antipartikel yang tidak stabil. Dan ini ternyata cukup sehingga pada akhirnya ada lebih banyak materi daripada antimateri. Sisa materi dan antimateri dimusnahkan. Dan semua objek di Semesta terdiri dari sedikit materi. Saat ini, teori Sakharov telah ditambah dan dikembangkan. Tapi ide utamanya tetap tidak berubah.

Tentang antimateri ke bintang-bintang

Tidaklah berlebihan untuk mengatakan bahwa umat manusia bermimpi terbang ke bintang-bintang. Tetapi bahkan ke bintang terdekat, Proxima Centauri, cahaya dari Matahari membutuhkan waktu lebih dari tiga tahun. Bintang-bintang lainnya jauh. Fantasis dengan mudah mengatasi jarak yang sangat besar dengan bantuan terowongan ruang-waktu, hyperdrive, dimensi kesepuluh, dan kenyamanan lainnya, tetapi, sayangnya, hanya cara transportasi imajiner. Di dunia nyata, pesawat ruang angkasa penjelajah bintang pertama harus bergerak di ruang yang sama dengan cahaya, dan sebaiknya dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Pada saat yang sama, kami ingin pesawat ruang angkasa semacam itu memiliki massa sekecil mungkin. Dalam situasi ini, tidak ada bahan bakar yang lebih baik daripada antimateri untuk pesawat luar angkasa. Memang, seluruh massa bahan bakar selama penghancuran berubah menjadi foton yang terbang keluar dari nosel dengan kecepatan cahaya. Foton harus mempercepat pesawat ruang angkasa ke kecepatan yang sangat tinggi, yang merupakan sebagian kecil dari kecepatan cahaya. Artinya, penerbangan ke Proxima Centauri bisa memakan waktu, katakanlah, tiga puluh tahun. Ini banyak, tetapi penjelajah bintang akan memiliki waktu untuk kembali ke Bumi dalam satu generasi. Apa berikutnya? Ini bisa seperti dalam fiksi ilmiah tahun 1950-an dan 1960-an: pilot luar angkasa, hampir awet muda karena paradoks kembar, dan gadis-gadis yang menunggu mereka di Bumi di ruang kriogenik. Romansa kosmik tahun enam puluhan emas atau kehidupan sehari-hari yang keras di tahun dua ribu lima puluhan? Tapi semuanya dimulai dengan persamaan Dirac yang tidak biasa, yang mau tidak mau harus memiliki dua solusi, dan Karl Anderson, yang menebak untuk memasukkan pelat timah ke dalam ruang awan.

Tidak ada alasan untuk berasumsi bahwa keberadaan positron, atau, lebih baik menyebutnya sekarang, antielektron, adalah ciri partikel kecil. Terlepas dari sejumlah ciri khusus, teori interaksi antar nukleon berkembang sejalan dengan teori interaksi elektron. Di sebagian besar makalah teoretis, diasumsikan bahwa nukleon harus dijelaskan dengan persamaan yang sangat mirip dengan persamaan Dirac untuk elektron. Jika demikian, maka untuk nukleon orang harus mengharapkan adanya antipartikel yang terletak di tempat yang sama

kaitannya dengan proton dan neutron, di mana positron dan elektron berada. Pengalaman telah menunjukkan bahwa inilah yang terjadi pada proton. Beberapa saat kemudian, antineutron juga ditemukan, yang berbeda dari neutron dalam arah momen magnet (untuk neutron, momen magnet dan vektor momentum rotasi adalah antiparalel, dan untuk antineutron, paralel).

Beras. 246. (lihat pindaian)

Penemuan antiproton menunjukkan validitas gagasan umum - hubungan tak terpisahkan antara medan dengan partikel. Sama seperti sepasang positron -

elektron, pasangan proton-antiproton dapat muncul dengan mentransfer nukleon dari keadaan energi negatif ke keadaan dengan energi positif. Untuk tujuan ini, energi yang dibutuhkan tidak kurang dari Ini adalah energi yang sangat besar, 1840 kali lebih besar dari energi yang dibutuhkan untuk membuat pasangan elektron-positron. Miliaran akselerator volt elektron diperlukan untuk memungkinkan penemuan antiproton.

Ketika sebuah proton bertemu dengan sebuah antiproton, mereka akan musnah. Karena nukleon mentransfer energi melalui medan meson, selama pemusnahan massa dan energinya akan diberikan ke kuanta medan ini - meson.

Tidak ada keraguan bahwa proses ini akan dipelajari secara rinci di tahun-tahun mendatang.

Pada ara. 246 menunjukkan foto penghancuran proton dan antiproton. Proses diamati dalam ruang gelembung yang diisi dengan propana cair. Diagram proses ditampilkan di kiri atas.

Pertimbangan tentang perlunya keberadaan antipartikel juga berlaku untuk neutrino. Gambar "cermin" disebut antineutrino. Perbedaan antara partikel penyusun doublet sama dengan perbedaan antara neutron dan antineutron.

Dalam bentuk doublet juga terdapat muon, serta partikel elementer lainnya, yang belum kita bicarakan.

Muon adalah triplet: muon terjadi dalam bentuk varietas dengan muatan plus dan minus, serta muatan sama dengan nol. Berbeda dengan neutron dan neutrino, muon netral tanpa spin tidak dapat memiliki antipartikel (bisa juga dikatakan: ia bertepatan dengan antipartikelnya). Partikel lain yang tidak memiliki "pantulan" adalah foton.

- kembaran dari partikel elementer biasa, yang berbeda dari yang terakhir dengan tanda muatan listrik dan tanda dari beberapa karakteristik lainnya. Partikel dan antipartikel memiliki massa, putaran, dan masa hidup yang sama. Jika partikel juga dikarakterisasi oleh karakteristik kuantum internal lain yang memiliki tanda, maka nilai karakteristik antipartikel ini sama, tetapi tandanya berlawanan. Jika partikelnya tidak stabil (mengalami peluruhan), maka antipartikelnya juga tidak stabil, dan umurnya bertepatan dan metode peluruhannya bertepatan (hingga penggantian skema peluruhan partikel menjadi antipartikel).
Materi biasa terdiri dari proton (p), neutron (n) dan elektron (e -). Antimateri terdiri dari antipartikelnya - antiproton (), antineutron () dan antielektron (positron e +). Pilihan partikel mana yang dianggap sebagai partikel dan mana yang sebagai antipartikel bersifat kondisional dan ditentukan oleh pertimbangan kenyamanan. Antipartikel dari antipartikel adalah partikel. Ketika partikel dan antipartikel bertabrakan, mereka menghilang (musnah), berubah menjadi gamma kuanta.
Dalam beberapa kasus (misalnya, foton atau π 0 -meson, dll.), partikel dan antipartikel benar-benar bertepatan. Ini disebabkan oleh fakta bahwa foton dan π 0 -meson tidak memiliki muatan listrik dan karakteristik internal lainnya dengan tanda.

Ciri	Partikel	Antipartikel
Bobot	M	M
Muatan listrik	+(-)Q	-(+)Q
Putaran	J	J
Momen magnetik	+(-)μ	-(+)μ
nomor baryon	+B	-B
Nomor lepton	+L e , +L μ , +L τ	-L e , -L μ , -L τ
Keanehan	+(-)s	-(+)s
Pesona	+(-)c	-(+)c
dasar	+(-)b	-(+)b
topness	+(-)t	-(+)t
Isospin	Saya	Saya
Proyeksi isospin	+(-)I 3	-(+)I 3
Keseimbangan	+(-)	-(+)
Seumur hidup	T	T
Skema pembusukan		konjugasi muatan

Antimateri terdiri dari antipartikel - antiproton, antineutron dan antielektron - positron e +. Partikel dan antipartikel adalah sama. Pilihan partikel mana yang dianggap sebagai partikel dan mana yang sebagai antipartikel bersifat kondisional dan ditentukan oleh pertimbangan kenyamanan. Di bagian Alam Semesta yang dapat diamati, materi terdiri dari elektron bermuatan negatif, proton bermuatan positif, dan neutron.
Ketika sebuah elektron dan positron bertabrakan, mereka menghilang (musnah), berubah menjadi gamma kuanta. Selama penghancuran partikel yang berinteraksi kuat, misalnya, proton dan antiproton, beberapa meson π + , π - , π 0 , K + , K - , K 0 terbentuk.

Nyatanya, pernyataan bahwa interaksi partikel dan antipartikel selalu memerlukan penciptaan foton adalah salah bahkan terhadap elektron dan positron. Pasangan elektron-positron bebas musnah dengan pembentukan kuanta elektromagnetik hanya jika energinya tidak terlalu tinggi. Elektron dan positron yang sangat cepat mampu menghasilkan pi-meson positif dan negatif (mereka juga pion), muon plus dan minus, proton dan antiproton, dan bahkan partikel yang lebih berat - hanya energi yang cukup. Proton dan antiproton lambat selama penghancuran memunculkan pion bermuatan dan netral (dan yang cepat menjadi partikel lain), yang membusuk menjadi gamma kuanta, muon, dan neutrino. Pada prinsipnya, tumbukan sebuah partikel dan antikopinya dapat menghasilkan kombinasi partikel apa pun yang tidak dilarang oleh prinsip simetri dan hukum kekekalan.

Tampaknya pemusnahan tidak berbeda dengan interaksi antarpartikel lainnya, tetapi ia memiliki satu ciri mendasar. Agar partikel stabil, seperti proton atau elektron, memunculkan hujan penghuni mikrokosmos eksotis ketika mereka bertemu, mereka harus tersebar dengan baik. Proton lambat hanya akan mengubah kecepatannya saat bertemu - ini akan menjadi akhir dari masalah. Tetapi proton dan antiproton, yang mendekat, mengalami hamburan dan dispersi elastis, atau memusnahkan dan menghasilkan partikel sekunder.

Semua hal di atas mengacu pada pemusnahan partikel bebas. Jika setidaknya salah satu dari mereka adalah bagian dari sistem kuantum, situasinya pada prinsipnya tetap sama, tetapi alternatifnya berubah. Misalnya, pemusnahan elektron bebas dan positron bebas tidak akan pernah dapat memunculkan hanya satu kuantum - hukum kekekalan momentum tidak mengizinkan. Ini paling mudah untuk dilihat jika Anda bekerja dalam sistem pusat inersia pasangan yang bertabrakan - maka momentum awal akan sama dengan nol dan oleh karena itu tidak dapat bertepatan dengan momentum satu foton, ke mana pun ia terbang. Jika positron bertemu dengan elektron yang, katakanlah, bagian dari atom hidrogen, pemusnahan satu foton juga dimungkinkan - dalam hal ini, sebagian momentum akan ditransfer ke inti atom.

BAGAIMANA DENGAN ANTIGRAV?

Fisikawan Inggris Arthur Schuster percaya bahwa antimateri secara gravitasi ditolak oleh materi biasa, tetapi sains modern menganggap ini tidak mungkin. Dari prinsip simetri paling umum dari hukum dunia mikro, dapat disimpulkan bahwa antipartikel harus tertarik satu sama lain oleh gravitasi, seperti partikel tanpa awalan "anti". Pertanyaan tentang apa itu interaksi gravitasi antara partikel dan antipartikel belum sepenuhnya terjawab, tetapi jawabannya hampir jelas.
Mari kita mulai dengan teori relativitas umum Einstein. Ini didasarkan pada prinsip persamaan ketat antara massa gravitasi dan inersia, dan untuk materi biasa pernyataan ini telah dikonfirmasi secara eksperimental oleh banyak pengukuran yang sangat akurat. Karena massa inersia suatu partikel persis sama dengan massa antipartikelnya, kemungkinan besar massa gravitasinya juga sama. Namun, ini masih merupakan asumsi, meskipun sangat masuk akal, dan tidak dapat dibuktikan dengan relativitas umum.

Ini adalah pendaftaran radiasi dengan karakteristik energi pemusnahan, atau pendaftaran langsung antipartikel berdasarkan massa dan muatan. Karena inti antiproton dan antihelium tidak dapat terbang melalui atmosfer, mereka hanya dapat dideteksi dengan bantuan instrumen yang diangkat ke lapisan tinggi atmosfer pada balon, atau instrumen orbit, seperti spektrometer alfa magnetik AMS-01 yang dikirim ke stasiun Mir. pada tahun 1998 , atau mitranya yang jauh lebih baik AMS-02 (foto), yang akan mulai bekerja di ISS.

CARA UTAMA MENCARI ANTIMATERI

Argumen lain yang menentang tolakan gravitasi antara materi dan antimateri berasal dari mekanika kuantum. Ingat bahwa hadron (partikel yang mengambil bagian dalam interaksi yang kuat) terdiri dari quark yang direkatkan oleh ikatan gluon. Setiap baryon terdiri dari tiga quark, sedangkan meson terdiri dari kombinasi pasangan quark dan antiquark, dan tidak selalu sama (meson, yang terdiri dari quark dan antiquarknya sendiri, adalah partikel yang benar-benar netral dalam arti sepenuhnya identik. ke antitimennya). Namun, struktur quark ini tidak dapat dianggap benar-benar stabil. Proton, misalnya, terdiri dari dua u-quark, yang masing-masing membawa muatan listrik dasar +2/3, dan satu d-quark dengan muatan -1/3 (oleh karena itu, muatan proton adalah +1 ). Namun, quark ini, sebagai hasil interaksi dengan gluon, dapat mengubah sifatnya dalam waktu yang sangat singkat - khususnya, dapat berubah menjadi antiquark. Jika partikel dan antipartikel saling tolak secara gravitasi, berat proton (dan juga, tentu saja, neutron) akan sedikit berosilasi. Namun, sejauh ini tidak ada efek seperti itu yang ditemukan di satu laboratorium.

Tidak ada keraguan bahwa suatu saat Eksperimen Yang Mulia akan menjawab pertanyaan ini. Kami membutuhkan sedikit - untuk mengumpulkan lebih banyak antimateri dan melihat bagaimana perilakunya di medan gravitasi terestrial. Namun, secara teknis, pengukuran ini sangat kompleks, dan sulit diprediksi kapan akan dapat diimplementasikan.

JADI APA PERBEDAANNYA?

Setelah penemuan positron selama seperempat abad, hampir semua fisikawan yakin bahwa alam tidak membedakan antara partikel dan antipartikel. Lebih khusus lagi, diyakini bahwa setiap proses fisik yang melibatkan partikel berhubungan dengan proses yang persis sama yang melibatkan antipartikel, dan keduanya dilakukan dengan probabilitas yang sama. Data eksperimen yang tersedia bersaksi bahwa prinsip ini diamati untuk keempat interaksi mendasar - kuat, elektromagnetik, lemah, dan gravitasi.
Dan kemudian semuanya berubah secara dramatis sekaligus. Pada tahun 1956, fisikawan Amerika Li Jundao dan Yang Jenning menerbitkan makalah pemenang Hadiah Nobel di mana mereka membahas kesulitan dua partikel yang tampaknya identik, theta meson dan tau meson, yang membusuk menjadi sejumlah pion yang berbeda. Penulis menekankan bahwa masalah ini dapat diselesaikan jika kita berasumsi bahwa peluruhan semacam itu terkait dengan proses yang sifatnya berubah dari kanan ke dingin, dengan kata lain, dengan pantulan cermin (beberapa saat kemudian, fisikawan menyadari bahwa secara umum, seseorang harus berbicara tentang refleksi di masing-masing dari tiga bidang koordinat - atau, yang sama, tentang perubahan tanda semua koordinat spasial, inversi spasial). Ini berarti bahwa proses pencerminan mungkin dilarang atau terjadi dengan probabilitas yang berbeda dari sebelum pencerminan. Setahun kemudian, para peneliti Amerika (yang tergabung dalam dua kelompok independen dan bekerja dengan metode berbeda) memastikan bahwa proses semacam itu memang ada.
Ini hanya awal. Pada saat yang sama, fisikawan teoretis dari Uni Soviet dan AS menyadari bahwa pelanggaran simetri cermin memungkinkan pelanggaran simetri sehubungan dengan penggantian partikel dengan antipartikel, yang juga berulang kali dibuktikan dalam eksperimen. Perlu dicatat bahwa tidak lama sebelum Lee dan Yang, tetapi masih di tahun 1956 yang sama, kemungkinan pecahnya simetri cermin dibahas oleh fisikawan eksperimental Martin Block dan ahli teori hebat Richard Feynman, tetapi mereka tidak pernah menerbitkan pertimbangan ini.

Selama salah satu misi ulang-alik terakhir (STS-134) pada tahun 2010, instrumen ilmiah baru, Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02, Alpha Magnetic Spectrometer), akan dikirim ke ISS. Prototipe AMS-01-nya dikirim ke stasiun ruang angkasa Mir pada tahun 1998 dan mengonfirmasi kinerja konsep tersebut. Tujuan utama dari program ilmiah ini adalah untuk mempelajari dan mengukur dengan presisi tinggi komposisi sinar kosmik, serta untuk mencari bentuk materi yang eksotis - materi gelap, materi aneh (partikel yang mengandung quark (s) aneh), serta serta antimateri - khususnya, inti antihelium .

AMS KE ISS

Fisikawan secara tradisional menunjukkan pantulan cermin dengan huruf Latin P, dan penggantian partikel dengan antipartikelnya dengan huruf C. Kedua simetri dilanggar hanya dalam proses yang melibatkan interaksi lemah, yang bertanggung jawab atas peluruhan beta inti atom. Oleh karena itu, karena interaksi yang lemah terdapat perbedaan dalam perilaku partikel dan antipartikel.
Pelanggaran simetri cermin yang aneh menghidupkan upaya untuk mengimbanginya dengan cara tertentu. Sudah pada tahun 1956, Lee dan Yang, dan secara independen Lev Landau, menyarankan bahwa alam tidak membedakan antara sistem yang diperoleh satu sama lain dengan menerapkan bersama transformasi C dan P (yang disebut simetri CP). Dari segi teori, hipotesis ini terlihat sangat meyakinkan dan, terlebih lagi, sangat cocok dengan data eksperimen. Namun, hanya delapan tahun kemudian, karyawan Laboratorium Nasional Brookhaven menemukan bahwa salah satu K-meson yang tidak bermuatan (atau, demikian juga disebut, kaon) dapat membusuk menjadi pasangan pion. Dengan kepatuhan ketat pada simetri CP, transformasi seperti itu tidak mungkin - dan oleh karena itu, simetri ini tidak universal! Benar, bagian dari pembusukan yang seharusnya dilarang tidak melebihi 0,2%, tetapi masih terjadi! Penemuan tersebut membuat pemimpin tim Brookhaven James Cronin dan Val Fitch mendapatkan Hadiah Nobel Fisika.

SYMETRI DAN ANTIMATERI

Pelanggaran CP-simetri berhubungan langsung dengan perbedaan antara materi dan antimateri. Pada akhir 1990-an, eksperimen yang sangat indah dilakukan di CERN dengan kaon netral K 0, yang masing-masing terdiri dari d quark dan antiquark aneh yang lebih masif. Hukum alam memungkinkan antiquark kehilangan sebagian energinya dan berubah menjadi anti-d. Energi yang dilepaskan dapat digunakan untuk meluruhkan kaon, tetapi ada kemungkinan d-quark tetangga akan menyerapnya dan berubah menjadi quark yang aneh. Akibatnya, sebuah partikel akan muncul, terdiri dari anti-d-quark dan quark aneh, yaitu antikaon netral. Secara formal, transformasi ini dapat digambarkan sebagai hasil penerapan transformasi CP ke kaon!
Jadi, jika simetri CP diamati dengan sangat ketat, maka kaon netral K 0 berubah menjadi antipartikelnya dengan probabilitas yang persis sama saat mereka mengalami transformasi balik. Pelanggaran apa pun terhadap simetri CP akan menyebabkan perubahan pada salah satu probabilitas ini. Jika kita menyiapkan sinar dengan jumlah yang sama dari kaon dan antikaon netral dan mengikuti dinamika konsentrasi kedua partikel, kita dapat mengetahui apakah osilasi kuantumnya memenuhi simetri CP.

Inilah yang telah dilakukan fisikawan CERN. Mereka menemukan bahwa antikaon netral menjadi kaon sedikit lebih cepat daripada berubah menjadi antikaon. Dengan kata lain, sebuah proses ditemukan di mana antimateri berubah menjadi materi lebih cepat daripada materi menjadi antimateri! Dalam campuran dengan bagian materi dan antimateri yang awalnya sama, seiring waktu, bahkan kelebihan materi yang kecil namun masih terukur terbentuk. Efek yang sama terungkap dalam percobaan dengan partikel netral berat lainnya - D 0 -meson dan B 0 -meson.
Jadi, pada akhir abad ke-20, para peneliti telah membuktikan secara meyakinkan bahwa interaksi lemah memiliki efek berbeda pada partikel dan antipartikel. Meskipun perbedaan-perbedaan ini sendiri sangat kecil dan hanya terungkap selama transformasi tertentu dari partikel-partikel yang sangat eksotis, semuanya sangat nyata. Ini berarti adanya asimetri fisik antara materi dan antimateri.
Untuk melengkapi gambar, satu keadaan lagi harus diperhatikan. Pada tahun 1950-an, proposisi paling penting dari mekanika kuantum relativistik, teorema CPT, terbukti. Dikatakan bahwa partikel dan antipartikel sangat simetris sehubungan dengan transformasi CP diikuti oleh pembalikan waktu (teorema ini benar hanya tanpa memperhitungkan gravitasi, jika tidak, pertanyaannya tetap terbuka). Oleh karena itu, jika CP-simetri tidak dihormati dalam beberapa proses, kecepatannya dalam arah "maju" dan "mundur" (apa yang dianggap sebagai keduanya, tentu saja, adalah masalah kesepakatan) tidak boleh sama. Inilah yang dibuktikan oleh eksperimen di CERN dengan kaon netral.

DI MANA ANTI-DUNIA?

Pada tahun 1933, Paul Dirac yakin bahwa di Alam Semesta kita terdapat seluruh pulau antimateri, yang dia sebutkan dalam kuliah Nobelnya. Namun, ilmuwan modern percaya bahwa tidak ada pulau seperti itu baik di Galaksi kita maupun di luarnya. Tentu saja, antimateri itu ada. Antipartikel dihasilkan oleh banyak proses berenergi tinggi - katakanlah, pembakaran termonuklir bahan bakar bintang dan ledakan supernova. Mereka muncul di awan plasma termagnetisasi yang mengelilingi bintang neutron dan lubang hitam, selama tabrakan partikel kosmik cepat di ruang antarbintang, selama pemboman atmosfer bumi dengan sinar kosmik, dan terakhir, dalam percobaan akselerator. Selain itu, peluruhan beberapa radionuklida disertai dengan pembentukan antipartikel - yaitu positron. Tapi semua ini hanyalah antipartikel, dan sama sekali bukan antimateri. Sejauh ini, belum ada yang mampu mendeteksi bahkan antihelium kosmik, apalagi elemen yang lebih berat. Pencarian radiasi gamma dengan spektrum tertentu, yang disebabkan oleh pemusnahan di batas gugus materi dan antimateri kosmik, juga tidak berhasil.

DUNIA ATAU ANTI-DUNIA?

Bayangkan kita sedang terbang di kapal antarbintang yang mendekati planet dengan kehidupan berakal. Bagaimana cara mengetahui terbuat dari apa saudara kita - materi atau antimateri? Anda dapat mengirim penyelidikan pengintaian, tetapi jika meledak di atmosfer, kita dapat dianggap sebagai agresor luar angkasa, seperti dalam novel fiksi ilmiah Antiworld karya Krzysztof Borun. Ini dapat dihindari dengan menggunakan kaon dan antikaon netral yang sama. Seperti yang telah disebutkan, mereka tidak hanya dapat berubah menjadi satu sama lain, tetapi juga hancur, dan dengan cara yang berbeda. Dalam peluruhan seperti itu, neutrino dapat diproduksi disertai oleh pion dan elektron positif, atau oleh pion dan positron negatif. Karena asimetri antara materi dan antimateri, laju reaksi tersebut agak berbeda. Keadaan ini dapat digunakan sebagai "kertas lakmus". Untuk menguji antimaterialitas sebuah planet, akan lebih mudah untuk mengambil bukan kaon dan antikaon murni, tetapi keadaan campurannya; mereka ditetapkan sebagai K S dan K L (S - pendek, dan L - panjang). Faktanya adalah bahwa dalam keadaan L, masa hidup suatu partikel 570 kali lebih lama daripada dalam keadaan S (5,12 x 10 -8 detik versus 8,95 x 10 -11 detik). Dalam versi kaon yang berumur panjang, simetri materi dan antimateri jauh lebih kuat - untuk setiap 10.000 peluruhan jenis yang diinginkan, sekitar 5015 menghasilkan positron, dan 4985 elektron. Omong-omong, eksperimen historis Cronin dan Finch juga dilakukan pada K-meson. Sekarang mari kita mulai percakapan. Kaon memiliki massa karakteristik sedikit lebih dari setengah massa proton. Mari kita jelaskan kepada saudara-saudara bahwa kita membutuhkan partikel netral yang tidak stabil, yang massanya sedikit lebih besar dari massa inti atom yang paling sederhana. Fisikawan alien akan membuat K-meson dan menentukan karakteristik peluruhannya. Kami akan bertanya apakah tanda muatan listrik dari partikel bermuatan paling ringan, yang dihasilkan dalam peluruhan ini sedikit lebih sering daripada partikel serupa dari tanda yang berlawanan, bertepatan dengan tanda partikel yang menyusun atom dunianya . Dalam kasus jawaban positif, akan menjadi jelas bagi kita bahwa positron adalah bagian dari atomnya dan, oleh karena itu, alien terdiri dari antimateri. Dan jika jawabannya negatif - Anda bisa bersiap untuk mendarat!

DUNIA ATAU ANTI-DUNIA?

Laporan secara berkala muncul dalam literatur ilmiah tentang penemuan sumber primer non-standar antipartikel kosmik yang tidak diketahui asalnya. Pada bulan April 2009, data dipublikasikan tentang kelebihan misterius positron yang sangat cepat terdeteksi oleh kompleks detektor PAMELA. Peralatan ini ditempatkan di atas satelit Rusia Resurs-DK, yang dikirim ke orbit dekat Bumi pada 15 Juni 2006 dari kosmodrom Baikonur. Beberapa ahli menafsirkan hasil ini sebagai kemungkinan bukti penghancuran partikel materi gelap hipotetis, tetapi penjelasan yang kurang eksotis segera muncul. Hipotesis ini dikomentari oleh spesialis sinar kosmik terkenal Veniamin Berezinsky dari Laboratorium Nasional Gran Sasso, yang merupakan bagian dari Institut Fisika Nuklir Nasional Italia: “Model standar untuk produksi sinar kosmik galaksi bertumpu pada tiga posisi. Sisa-sisa supernova dianggap sebagai sumber partikel bermuatan pertama dan utama Ide kedua - partikel dipercepat ke kecepatan ultrarelativistik di bagian depan gelombang kejut pasca-ledakan, dan dalam percepatan ini peran medan magnetnya sendiri sangat besar. posisinya adalah bahwa sinar kosmik merambat melalui difusi. Mantan murid saya, dan sekarang profesor di National Institute of Astrophysics, Pasquale Blasi menunjukkan bahwa kelebihan positron yang terdeteksi oleh kompleks PAMELA cukup konsisten dengan model ini. Proton yang dipercepat dalam gelombang kejut bertabrakan dengan partikel gas kosmik dan di zona percepatannya inilah mereka berubah menjadi pion positif, yang meluruh tsya dengan pembentukan positron dan neutrino. Menurut perhitungan Blazy, proses ini dapat menghasilkan konsentrasi positron yang persis sama dengan yang ditemukan PAMELA. Mekanisme untuk menghasilkan positron seperti itu terlihat sangat alami, tetapi untuk beberapa alasan belum pernah terpikir oleh siapa pun sampai sekarang. Blasi juga menunjukkan bahwa proses yang sama seharusnya juga menghasilkan kelebihan antiproton. Namun, penampang produksinya jauh lebih kecil daripada nilai yang sesuai untuk positron, karena itu hanya dapat dideteksi pada energi yang lebih tinggi. Saya pikir itu akan menjadi mungkin dari waktu ke waktu."
Secara umum, sejauh ini semuanya berbicara tentang fakta bahwa tidak ada antibintang, tidak ada antiplanet, atau bahkan antimeteor terkecil di luar angkasa. Di sisi lain, model Big Bang konvensional menyatakan bahwa tak lama setelah lahir, alam semesta kita mengandung jumlah partikel dan antipartikel yang sama. Jadi mengapa yang pertama bertahan dan yang terakhir menghilang?