Dalelių ir antidalelių karas. Dalelių ir antidalelių karas Antidalelių atradimo istorija

Pirmą kartą antidalelių hipotezė iškilo 1928 m., kai P. Diracas, reliatyvistinės bangos lygties pagrindu, numatė pozitrono egzistavimą (žr. § 263), kurį po ketverių metų atrado K. Andersonas kaip kosminės spinduliuotės dalį.

Elektronas ir pozitronas nėra vienintelė dalelių ir antidalelių pora. Remdamiesi reliatyvistine kvantine teorija, jie priėjo prie išvados, kad kiekvienai elementariai dalelei turi būti antidalelė (krūvio konjugacijos principas). Eksperimentai rodo, kad, išskyrus keletą išimčių (pavyzdžiui, fotonas ir p 0 -mezonas), iš tikrųjų kiekviena dalelė atitinka antidalelę.

Iš bendrųjų kvantinės teorijos nuostatų išplaukia, kad dalelių ir antidalelių masė turi būti vienoda, jų eksploatavimo trukmė vakuume, modulis turi būti toks pat, bet priešingo ženklo elektriniai krūviai (ir magnetiniai momentai), tie patys sukimai ir izotopiniai sukimai ir vienodi. kiti kvantiniai skaičiai. , priskiriami elementariosioms dalelėms apibūdinant jų sąveikos dėsnius (leptono skaičius (žr. § 275), barionų skaičių (žr. § 275), keistumą (žr. § 274), žavesį (žr. § 275) ir kt. . Iki 1956 m. buvo manoma, kad tarp dalelių ir antidalelių yra visiška simetrija, t.y. jei tarp dalelių vyksta koks nors procesas, tai turi egzistuoti lygiai toks pat (su tomis pačiomis charakteristikomis) procesas tarp antidalelių. Tačiau 1956 m. buvo įrodyta, kad tokia simetrija būdinga tik stipriajai ir elektromagnetinei sąveikai, o pažeidžiama silpnajai.

Pagal Dirako teoriją, dalelės ir antidalelės susidūrimas turėtų lemti jų abipusį sunaikinimą, ko pasekoje atsiranda kitų elementariųjų dalelių arba fotonų. To pavyzdys yra nagrinėjama elektronų ir pozitronų poros (-1 0) anihiliacijos reakcija (263.3). e+ + 1 0 e® 2g).

Eksperimentiškai patvirtinus teoriškai prognozuojamą pozitrono egzistavimą, iškilo klausimas apie antiprotono ir antineutrono egzistavimą. Skaičiavimai rodo, kad norint sukurti dalelių-antidalelių porą, reikia išleisti energiją, viršijančią dvigubą poros ramybės energiją, nes dalelėms turi būti suteikta labai reikšminga kinetinė energija. Norint sukurti p-p̃-porą, reikia maždaug 4,4 GeV energijos. Antiprotonas iš tiesų buvo aptiktas eksperimentiniu būdu (1955 m.), kai taikinių branduolių nukleonai (taikiniu tarnavo varis) išsklaidė protonus (pagreitintas tuo metu didžiausiame Kalifornijos universiteto sinchrofazotrone), dėl ko susidarė pora p - p̃ gimė.

Antiprotonas nuo protono skiriasi elektros krūvio požymiais ir savo magnetiniu momentu. Antiprotonas gali anihiliuoti ne tik protonu, bet ir neutronu:

(273.1) (273.2) (273.3)

Po metų (1956 m.) tam pačiam greitintuvui pavyko gauti antineutroną (ñ) ir jį sunaikinti. Antineutronai atsirado dėl antiprotonų krūvio pasikeitimo jiems judant per medžiagą. Krūvio mainų reakcija р̃ susideda iš krūvių pasikeitimo tarp nukleono ir antinukleono ir gali vykti pagal schemas

(273.4) (273.5)

Antineutronas ñ skiriasi nuo neutrono savo magnetinio momento ženklu. Jei antiprotonai yra stabilios dalelės, laisvasis antineutronas, jei jis nepatiria anihiliacijos, galiausiai suyra pagal schemą

Taip pat rasta antidalelių p + mezonui, kaonams ir hiperonams (žr. § 274). Tačiau yra dalelių, kurios neturi antidalelių – tai vadinamosios tikrai neutralios dalelės. Tai fotonas, p°-mezonas ir η-mezonas (jo masė 1074m e , gyvavimo trukmė 7×10 -19 s; skyla susidarant p-mezonams ir γ-kvantams). Tikrai neutralios dalelės negali susinaikinti, tačiau jos patiria abipuses transformacijas, kurios yra pagrindinė visų elementariųjų dalelių savybė. Galima sakyti, kad kiekviena iš tikrai neutralių dalelių yra identiška jos antidalelei.

Didelio susidomėjimo ir rimtų sunkumų sukėlė antineutrinų egzistavimo įrodymas ir atsakymas į klausimą, ar neutrinai ir antineutrinai yra tapačios, ar skirtingos dalelės. Naudodami galingus antineutrinų srautus, gautus reaktoriuose (sunkiųjų branduolių dalijimosi fragmentai patiria β-skilimą ir pagal (258.1) išskiria antineutrinus), amerikiečių fizikai F. Reinesas ir K. Cowanas (1956) patikimai užfiksavo elektrono gaudymo reakciją. antineutrinas protonu:

Panašiai fiksuojama elektronų neutrino pagavimo neutronu reakcija:

Taigi, reakcijos (273,6) ir (273,7), viena vertus, buvo neginčijamas įrodymas, kad v. e ir ṽ e, yra tikros dalelės, o ne fiktyvios sąvokos, įvestos tik β skilimui paaiškinti, ir, kita vertus, patvirtino išvadą, kad v. e ir ṽ e- įvairios dalelės.

Vėliau tai parodė miuonų neutrinų gamybos ir absorbcijos eksperimentai v m ir ṽ m yra skirtingos dalelės. Taip pat įrodyta, kad pora v e, v m yra skirtingos dalelės, o pora v e, ṽ e ne tas pats, kas pora v m, ṽ m Pagal B. M. Pontecorvo idėją (žr. § 271), miuonų neutrinų gaudymo reakcija buvo atlikta (gauta skilus p + ®m + + v m (271,1)) neutronais ir gautos dalelės buvo Pastebėjus. Paaiškėjo, kad reakcija (273,7) nevyksta, o gaudymas vyksta pagal schemą

y., vietoj elektronų reakcijoje gimė m - -miuonai. Tai patvirtino skirtumą tarp v e ir vm

Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, neutrinai ir antineutrinai vienas nuo kito skiriasi viena iš elementariosios dalelės būsenos kvantinių charakteristikų – spnalumu, kuris apibrėžiamas kaip dalelės sukimosi projekcija į jos judėjimo kryptį (per impulsą). Eksperimentiniams duomenims paaiškinti daroma prielaida, kad neutrino sukinys s yra orientuotas antilygiagrečiai impulsui p, t.y. p ir s kryptys sudaro kairiarankį sraigtą, o neutrinas turi kairiarankį sraigtą (349 pav., a). ). Antineutrinams p ir s kryptys sudaro dešinįjį sraigtą, t.y., antineutrinas turi dešinįjį nugara (349 pav. b).Ši savybė vienodai galioja ir elektroniniams, ir miuoniniams neutrinams (antineutrinams).

Kad sraigtiškumas būtų naudojamas kaip neutrinų (antineutrinų) charakteristika, neutrino masė turi būti lygi nuliui. Heliciteto įvedimas leido paaiškinti, pavyzdžiui, pariteto išsaugojimo dėsnio pažeidimą (žr. § 274) esant silpnoms sąveikoms, kurios sukelia elementariųjų dalelių irimą ir β-skilimą. Taigi, m - -muon priskiriamas dešinysis sraigtas, m + -muonas - kairysis.

Po tokio didelio kiekio antidalelių atradimo iškilo nauja užduotis – surasti antibranduolius, kitaip tariant, įrodyti, kad egzistuoja antimedžiaga, kuri yra pastatyta iš antidalelių, kaip ir medžiaga iš dalelių. Iš tiesų buvo atrasti antibranduoliai. Pirmąjį antibranduolą – antideuteroną (susietą p̃ ir ñ būseną) amerikiečių fizikų grupė, vadovaujama L. Ledermano, gavo 1965. Vėliau Serpuchovo greitintuve buvo susintetinti antihelio (1970) ir antitričio (1973) branduoliai. .

Tačiau reikia pažymėti, kad susinaikinimo galimybė susidūrus su dalelėmis neleidžia antidalelėms egzistuoti tarp dalelių ilgą laiką. Todėl norint, kad antimedžiaga būtų stabili, ji turi būti izoliuota nuo medžiagos. Jeigu šalia mums žinomos Visatos dalies būtų susikaupusi antimedžiaga, tai tektų stebėti galingą anihiliacinę spinduliuotę (sprogimus, išskiriančius didžiulius energijos kiekius). Tačiau astrofizikai iki šiol nieko panašaus neužregistravo. Tyrimai, atlikti ieškant antibranduolių (galiausiai antimedžiagos), ir pirmosios sėkmės, pasiektos šia kryptimi, yra esminės svarbos tolesniam medžiagos sandaros pažinimui.

Esame įpratę naudoti prieš priešingiems subjektams žymėti. Pavyzdžiui, nuotykių filmo herojus ir antiherojus kovoja aršioje kovoje. Tačiau mikrokosmose dalelė ir antidalelė nėra visiškai priešingos viena kitai. Dalelė ir antidalelė turi tą pačią masę, tarnavimo laiką, sukimąsi, skiriasi tik krūvis. Bet ir čia ne viskas taip paprasta.

Kas yra antidalelės

Paprastai iš mokyklos suolo dauguma žmonių kaip krūvį supranta tik elektros krūvį. Iš tiesų, jei atsižvelgsime į elektroną ir jo antidalelę - pozitroną, tada jie skiriasi būtent elektriniu krūviu: elektronas turi neigiamą elektros krūvį, o pozitronas - teigiamą. Tačiau, be elektromagnetinės, yra ir gravitacinės, stipriosios ir silpnosios sąveikos, kurių kiekviena taip pat turi savo krūvius. Tarkime, kad protonas, turintis teigiamą elektros krūvį, ir antiprotonas, turintis neigiamą elektros krūvį, stiprioje sąveikoje įgyja bariono krūvį (arba bariono skaičių), lygų +1 protonui ir -1 antiprotonui. . Todėl, jei nėra elektros krūvio, pavyzdžiui, kaip neutrone ir antineutrone, stipriai sąveikaujančios dalelės vis tiek skiriasi bariono skaičiumi, kuris yra +1 neutronui ir -1 antineutronui.

Ar yra situacijų, kai ir bariono, ir elektros krūviai yra lygūs nuliui? Taip, pavyzdžiui, mezonų atveju. Jie sudaryti iš kvarko ir antikvarko, o pagal apibrėžimą jų bariono krūvis yra lygus nuliui. Apsvarstykite, pavyzdžiui, elektriškai neutralius K-mezonus - nuostabias daleles, kuriose buvo aptiktas kombinuoto erdvinio ir krūvio pariteto pažeidimas. Yra K0 mezonas ir anti-K0 mezonas. Abiejų dalelių elektros ir bariono krūviai lygūs nuliui. Kodėl tada jie laikomi dalele ir antidalele? Šiuo atveju mezonų kvarko sudėtis skiriasi. K0 mezoną sudaro anti-s kvarkas ir d kvarkas. Priešingai, anti-K0 mezonas susideda iš s-kvarko ir anti-d-kvarko. Keistas kvarkas – s – turi naują kvantinį skaičių arba krūvį – keistumą. Keistumas skiriasi s ir anti-s kvarkams, kaip ir bariono krūvis skiriasi protonams ir antiprotonams; d-kvarkai ir d-antikvarkai turi savo kvantinį skaičių, panašų į keistumą. Šie krūviai leidžia atskirti elektriškai ir barionui neutralius K0 ir anti-K0 mezonus.

Tačiau pasitaiko, kad dalelės ir antidalelės yra identiškos. Pavyzdžiui, φ mezonas, kurį sudaro anti-s-kvarkas ir s-kvarkas, o jo antidalelė, priešingai, susideda iš s-kvarko ir anti-s-kvarko. Pasirodo, φ-mezonas yra jo paties antidalelė. Tiesą sakant, yra daug dalelių, panašių į φ mezoną. Garsiausias iš jų tikriausiai yra J/ψ mezonas, sudarytas iš žavesio kvarko ir antikvarko. Fotonai taip pat yra identiški jiems patiems. Ir silpnos sąveikos nešėjai – Z0-bozonai – taip pat. Tačiau yra viena elementari dalelė, kurios atsakymas į klausimą, ar ji identiška sau, dar nėra išaiškintas. Ši dalelė yra neutrinas. Jis dalyvauja tik silpnose ir gravitacinėse sąveikose. Tačiau gravitacinė sąveika šiuo metu turimomis energijos skalėmis nevaidina jokio vaidmens. Todėl galime sakyti, kad neutrinas dalyvauja tik silpnoje sąveikoje. Kvantinio lauko teorijoje yra du neutrinų būsenų apibūdinimo būdai. Pirmasis yra vadinamasis Dirako metodas, pagal kurį neutrinai ir antineutrinai laikomi netapačiais vienas kitam. Kitaip tariant, teoretikų požiūriu, neutrinai ir antineutrinai yra panašūs į elektroną ir pozitroną. Antrasis – Majoranos požiūris, pagal kurį neutrinai ir antineutrinai laikomi identiškais vienas kitam. Pasirinkimą Majoranos koncepcijos naudai gali suteikti eksperimentinis beneutrino branduolių dvigubo beta skilimo stebėjimas. Šis skilimas yra vienas iš sunkiausiai stebimų eksperimentiškai. Šiuo metu šis procesas vis dar nėra aptiktas.

Antidalelių atradimo istorija

Jau senovės Graikijoje senovės mąstytojai uždavė klausimą apie pamatinę materijos sandarą. Pagal tų metų mokslinę madą graikai ieškojo pirminių elementų. Dėl šių paieškų graikai turėjo keletą visiškai skirtingų pirminių elementų rinkinių ir netgi atomų sampratą kaip ekstravagantišką priedą. Tačiau graikai negalėjo pasirinkti tarp skirtingų rinkinių, nes pasirinkimui nepakako tik loginių argumentų, o iki idėjos surengti lemiamą eksperimentą liko beveik 2000 metų.

Tik XVII–XVIII amžių sandūroje fizika susiformavo kaip mokslas, kurio pagrindinė varomoji jėga yra eksperimentas, ir tokia išliko iki XX amžiaus pirmojo ketvirčio. Būtent netikėti eksperimentiniai rezultatai davė impulsą klasikinės elektrodinamikos, specialiosios reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos atsiradimui.

Tačiau 1928 metais viskas pasikeitė. Puikus anglų teorinis fizikas, vienas iš kvantinės mechanikos kūrėjų Paulas Diracas parašė reliatyvistinę kvantinę lygtį dalelėms, kurių sukinys yra pusiau sveikasis skaičius. Ši lygtis turėjo vieną svarbią savybę, kurios Diracas į ją neįtraukė: jei ši lygtis turėtų neigiamą elektros krūvį turinčių dalelių sprendimą, tai dalelėms su teigiamu krūviu neišvengiamai atsirastų papildomas sprendimas. 1930-ųjų pradžioje buvo žinoma tik viena dalelė su pusiau sveikuoju skaičiumi sukiniu ir neigiamu krūviu – tai buvo elektronas – ir viena dalelė su pusiau sveikuoju skaičiumi sukiniu ir teigiamu krūviu, tai buvo protonas. Iš pradžių fizikai manė, kad du Dirako lygties sprendiniai atitinka šias dvi daleles. Tačiau labai greitai vokiečių matematikas Hermannas Weylas įrodė, kad dalelės iš Dirako lygties, turinčios teigiamą ir neigiamą krūvį, turi turėti vienodą masę. Ir tada iškilo problema, nes protonas yra apie 2000 kartų sunkesnis už elektroną.

Tai yra, Dirako teorija numatė iš esmės naują faktą. Šiuolaikiniu požiūriu Paulas Diracas numatė antidaleles. Tik iš pradžių niekas jais netikėjo, o pats Diracas buvo kritikuojamas dėl neva klaidingos lygties. Ir veltui. Juk praėjo metai, kai buvo atrastos antidalelės. Tik jų atradėjas talentingas sovietų eksperimentinis fizikas Dmitrijus Vladimirovičius Skobelcynas apie tai nežinojo. Faktas yra tai, kad jį sužavėjo tuo metu aktuali problema: kosminių spindulių, tai yra dalelių, kurios patenka į Žemę iš kosmoso, sudėties tyrimas. Kad išmatuotų kosminių spindulių dalelių impulsą ir jų krūvį, Skobeltsynas į nuolatinį magnetinį lauką įdėjo debesų kamerą – naujausią praėjusio amžiaus trečiojo dešimtmečio prietaisą, fiksuojantį įkrautų dalelių pėdsakus. Tokioje kameroje teigiamai įkrautos dalelės, ateinančios iš kosmoso, turėtų suktis viena kryptimi, o neigiamos – kita. Skobeltsynas pastebėjo keletą takelių, panašių į elektronų pėdsakus, bet besisukančius priešinga kryptimi. Iš šiuolaikinių žinių aukštumos suprantame, kad tokius pėdsakus paliko pozitronai. Tačiau mokslininkas pasiūlė, kad šiuos pėdsakus palieka elektronai, kurie skrenda nuo Žemės paviršiaus, kur jie susidaro dėl natūralaus radioaktyvumo, ir nustojo šiais pėdsakais domėtis.

Todėl Karlas Andersonas laikomas pirmuoju pasaulyje pozitronų atradėju. Šis puikus amerikiečių eksperimentatorius žinojo apie Dirako teoriją ir norėjo eksperimentiškai patikrinti, ar egzistuoja „elektronai su skirtingu krūviu“. Andersonas panaudojo Skobeltsyn techniką su nedideliu priedu, dėl kurio amerikiečių eksperimentuotojas tapo Nobelio premijos laureatu: jis į debesų kamerą įdėjo švino plokštę. Kai įkrauta dalelė atsitrenkia į plokštelę, ji netenka dalies energijos, sumažėja jos impulsas, o magnetiniame lauke pasikeičia takelio kreivumas. Todėl pakeitus takelio kreivumą galima suprasti, iš kurios švino plokštės pusės dalelė pateko į kamerą. Tai buvo informacija, kurios Skobeltsynas neturėjo, norėdamas atrasti pozitroną. Paaiškėjo, kad dalelės, kurių pėdsakai panašūs į elektronų pėdsakus, bet susukti priešinga kryptimi, iš kosmoso skrenda taip pat, kaip ir paprasti elektronai. Andersonas savo eksperimentą surengė 1932 m. Šie metai laikomi antidalelių atradimo metais ir metais, nuo kurių dalelių fizikos teorija pradėjo aplenkti eksperimentą. Pirmieji teoretikai numatė neutriną, Higso bozoną, viršutinį kvarką. Kartais eksperimentai patvirtino teoriją po pusės amžiaus, kaip buvo, pavyzdžiui, su Higso bozonu.

Galima sakyti, kad naujame lygmenyje grįžome prie padėties, buvusios Senovės Graikijoje: teoretikai siūlo daug naujų esminių sąvokų, kaip kadaise graikai siūlė įvairius pirminių elementų rinkinius. Tik dabar eksperimentuotojai bando išbandyti šias koncepcijas, jei yra tokia technologinė galimybė.

O kaip su antiprotonu? Tai antroji antidalelė, kurią atrado fizikai. Jį 1955 metais protonų greitintuve atrado talentingo italų fiziko Emilio Segre, pabėgusio nuo nacių į Ameriką, grupė. Šis atradimas buvo apdovanotas Nobelio premija 1959 m. Beveik kartu su antiprotonu buvo aptiktas antineutronas.

Dabar buvo atrasta šimtai antidalelių. Bet kuri įkrauta dalelė, nebūtinai su pusės sveikojo skaičiaus sukiniu, turi savo antidalelę. Nobelio premijos skiriamos už antidalelių atradimą. O Andersono sąveikos metu atrastos dalelės ir antidalelės savybė virsti fotonais – naikinti – sukėlė vieną iš pagrindinių šiuolaikinės fizikos paslapčių – Visatos barioninę asimetriją. Dirako lygtį jau seniai pripažino visi fizikai ir ji sudarė kvantinio lauko teorijos pagrindą.

Nuo antidalelių iki antimedžiagos

Jei dar septintajame dešimtmetyje fizikai galėjo gauti pozitronus, antiprotonus ir antineutronus, tada atrodytų, kad nuo čia vienas žingsnis iki antimedžiagos, pavyzdžiui, antivandenilio, sintezės. Tačiau kelyje yra didelių sunkumų.

Norint sukurti antimedžiagos atomus ir molekules, neužtenka gauti jų statybinių blokų – antidalelių. Šias antidaleles reikia sulėtinti. Bet, svarbiausia, antimedžiaga turi būti saugoma pasaulyje, kurį sudaro materija. Antidalelių negalima tiesiog sudėti į dėžutę: jos sunaikins kartu su dėžutės sienelėmis. Jei norime išsaugoti antidaleles, turime jas laikyti vakuume ir „inde be sienų“. Įkrautoms dalelėms kaip toks indas gali būti naudojamas stiprus nehomogeninis magnetinis laukas. Užduotis apriboti neutralias daleles yra daug sunkesnė, tačiau laikui bėgant ji taip pat buvo išspręsta naudojant magnetinį lauką. Šiuo metu antivandenilis magnetinėse Penningo spąstuose laikomas beveik 20 minučių.

Antimedžiagos sintezę logiška pradėti nuo antibranduolių sintezės. Tačiau iki šiol šia kryptimi padaryta nedidelė pažanga. Susintetintas tik antihelis-3, susidedantis iš dviejų antiprotonų ir vieno antineutrono, ir antihelis-4, susidedantis iš dviejų antiprotonų ir dviejų antineutronų. (Atkreipkite dėmesį, kad antihelis-3 buvo susintetintas Didelės energijos fizikos institute netoli Maskvos greitintuve U-70, kuris šiuo metu yra didžiausios energijos dalelių greitintuvas Rusijoje.)

Dar mažesnė pažanga padaryta antiatomų sintezėje. Šiuo metu yra susintetinti tik antivandenilio atomai. Pavieniai antivandenilio atomai buvo susintetinti Europos dalelių fizikos centre (CERN) tik 1995 m. Tikrasis proveržis įvyko 2002 m., kai buvo susintetinta apie 50 milijonų antivandenilio atomų. Nuo tada CERN pirmauja pasaulyje tiriant antimedžiagos fizikines ir chemines savybes.

Antidalelės ir pagrindiniai gamtos dėsniai

Šiuolaikinėje fizikoje simetrijos vaidina išskirtinį vaidmenį. Kvantinio lauko teorijoje viena iš svarbiausių simetrijų yra vadinamoji CPT simetrija, tai yra simetrija tuo pačiu metu visų krūvių pakeitimo priešingais ©, erdvės veidrodinio atspindžio (P) ir laiko apsisukimo. (T). Manoma, kad gamtoje gali būti įgyvendintos tik CPT simetrinės teorijos. CPT simetrija reiškia daugybę savybių, kurias dalelės ir antidalelės turi paklusti, pavyzdžiui, abiejų masių lygybei. Šiuo metu įdomu, kaip elgiasi ne tiek atskiros antidalelės, kiek sudėtingesni anti-objektai, tokie kaip branduoliai ir atomai. Pavyzdžiui, CERN aktyviai tiria antivandenilio atomų spektroskopines savybes. CPT simetrija reikalauja, kad šios savybės būtų lygiai tokios pačios kaip ir vandenilio atomo. Be to, antivandenilio atomas turi kristi į Žemės gravitacinį lauką taip pat, kaip ir vandenilio atomas. Ir dabar toks eksperimentas vykdomas CERN. Taigi CERN yra ne tik Didysis hadronų greitintuvas ir Higso bozonas. Tai taip pat yra pagrindinių gamtos simetrijų išbandymas. Norint suprasti mus supantį pasaulį, šios simetrijos yra dar svarbesnės nei Higso bozonas. Iki šiol eksperimentais nepavyko rasti nė vieno CPT simetrijos pažeidimo požymio.

Dabar apsižvalgykime aplinkui ir užduokime sau dar vieną natūralų klausimą: kodėl mus supa tik materija? O kur iš mūsų pasaulio dingo antimedžiaga? Ši problema vadinama barionine visatos asimetrija. Remiantis CPT teorema, naivu tikėtis, kad po Didžiojo sprogimo buvo vienodas medžiagos ir antimedžiagos kiekis. Tai reiškia, kad anksčiau ar vėliau gali įvykti visuotinis susinaikinimas. Ir tik beveik nesąveikaujantys pavieniai fotonai skubės per negyvą Visatą.

Bariono asimetrijos mįslė dar neįminta. Čia galima pateikti kelis atsakymus. Pavyzdžiui, mūsų saulės sistema yra sudaryta iš materijos, o kita žvaigždžių sistema, esanti toli nuo mūsų, yra sudaryta iš antimedžiagos. Bet tada neaišku, dėl kokių priežasčių, o ne susinaikinimo, materija ir antimedžiaga pageidavo atsiskirti erdvėje? O astronomai žvaigždžių antipasaulių nestebi.

Kitą idėją 1967 metais pasiūlė sovietų akademikas, Nobelio taikos premijos laureatas Andrejus Dmitrievičius Sacharovas. Jis pasiūlė, kad būtų pažeistas bariono skaičius - tas pats, apie kurį kalbėjome šio straipsnio pradžioje, ir papildomai rėmėsi eksperimentiniu kombinuoto krūvio © ir erdvinio (P) pariteto pažeidimo faktu. Tada nestabilios dalelės gali skilti kiek kitaip nei nestabilios antidalelės. Ir to, pasirodo, pakanka, kad galiausiai materijos būtų šiek tiek daugiau nei antimedžiagos. Likusi materija ir antimedžiaga sunaikinta. Ir visi objektai Visatoje susideda iš nedidelio materijos pertekliaus. Šiuo metu A. Sacharovo teorija yra papildyta ir išplėtota. Tačiau pagrindinė idėja liko nepakitusi.

Apie antimateriją į žvaigždes

Nebūtų perdėta sakyti, kad žmonija svajoja nuskristi į žvaigždes. Tačiau net iki artimiausios žvaigždės Proxima Centauri saulės šviesa trunka ilgiau nei trejus metus. Likusios žvaigždės yra toli. Fantastai tokius milžiniškus atstumus nesunkiai įveikia naudodamiesi erdvės-laiko tuneliais, hipervairėmis, dešimtąja dimensija ir kitais patogiais, bet, deja, tik įsivaizduojamais susisiekimo būdais. Realiame pasaulyje pirmųjų žvaigždžių tyrinėtojų erdvėlaiviai turėtų judėti toje pačioje erdvėje kaip ir šviesa, ir pageidautina greičiu, artimu šviesos greičiui. Tuo pačiu norime, kad tokio erdvėlaivio masė būtų kuo mažesnė. Šioje situacijoje nėra geresnio kuro nei antimedžiaga erdvėlaiviui. Iš tiesų, visa kuro masė anihiliacijos metu virsta fotonais, kurie išskrenda iš purkštuko šviesos greičiu. Fotonai turi pagreitinti erdvėlaivį iki labai didelio greičio, kuris yra šviesos greičio dalis. Tai reiškia, kad skrydis į Proxima Centauri gali trukti, tarkime, trisdešimt metų. Tai daug, bet žvaigždžių tyrinėtojai turės laiko grįžti į Žemę per vienos kartos gyvenimą. Kas toliau? Tai gali būti kaip šeštojo ir šeštojo dešimtmečio mokslinėje fantastikoje: kosmoso pilotai, beveik nesenstantys dėl dvynių paradokso, ir merginos, kurios jų laukia Žemėje kriogeninėse kamerose. Kosminė auksinio šeštojo dešimtmečio romantika ar atšiauri dviejų tūkstančių šeštojo dešimtmečio kasdienybė? Tačiau viskas prasidėjo nuo neįprastos Dirako lygties, kuri neišvengiamai turėjo turėti du sprendinius, ir Karlo Andersono, kuris spėjo į debesų kamerą įkišti švino plokštę.

Nebuvo pagrindo manyti, kad pozitrono, arba, kaip dabar geriau vadinti, antielektronu, egzistavimas yra mažų dalelių savybė. Nepaisant daugybės specifinių savybių, nukleonų sąveikos teorija vystosi taip pat, kaip ir elektronų sąveikos teorija. Daugumoje teorinių darbų daroma prielaida, kad nukleonai turėtų būti aprašyti lygtimis, gana panašiomis į Dirako lygtis elektronams. Jei taip, tada nukleonams reikėtų tikėtis antidalelių, esančių tame pačiame

santykis su protonu ir neutronu, kuriuose yra pozitronas ir elektronas. Patirtis parodė, kad būtent taip yra ir protonų atveju. Kiek vėliau buvo aptiktas ir antineutronas, kuris nuo neutrono skiriasi magnetinio momento kryptimi (neutronui magnetinis momentas ir sukimosi momento vektorius yra antilygiagretūs, o antineutronui – lygiagretūs).

Ryžiai. 246. (žr. nuskaitymą)

Antiprotono atradimas parodo bendros idėjos pagrįstumą – neatskiriamą lauko ryšį su dalelėmis. Kaip pozitronų pora -

elektronas, protonų-antiprotonų pora gali atsirasti perkeliant nukleoną iš neigiamos energijos būsenos į būseną su teigiama energija. Tam reikia energijos ne mažiau kaip Tai didžiulė energija, 1840 kartų didesnė už energiją, reikalingą elektronų-pozitronų porai sukurti. Kad būtų galima atrasti antiprotoną, prireikė milijardų elektronų voltų greitintuvų.

Kai protonas susitinka su antiprotonu, jie sunaikins. Kadangi nukleonai perduoda energiją per mezono lauką, anihiliacijos metu jų masė ir energija bus atiduoti šio lauko kvantams – mezonams.

Neabejotina, kad ateinančiais metais šis procesas bus išsamiai ištirtas.

Ant pav. 246 parodyta protono ir antiprotono sunaikinimo nuotrauka. Procesas buvo stebimas burbulų kameroje, užpildytoje skystu propanu. Proceso schema parodyta viršutiniame kairiajame kampe.

Svarstymai apie antidalelių egzistavimą taip pat tinka neutrinams. „Veidrodinis“ vaizdas vadinamas antineutrinu. Skirtumas tarp dalelių, sudarančių dubletą, yra toks pat kaip ir neutrono ir antineutrono.

Dubleto pavidalu taip pat yra miuonų, taip pat kitų elementariųjų dalelių, apie kurias mes nekalbėjome.

Miuonai yra tripletas: miuonas būna atmainų su pliuso ir minuso krūviais, taip pat kurių krūvis lygus nuliui, pavidalu. Kitaip nei neutronas ir neutrinas, bekraštis neutralus miuonas negali turėti antidalelės (taip pat galima sakyti: ji sutampa su savo antidalele). Kita dalelė, neturinti „atspindėjimo“ – fotonas.

- paprastųjų elementariųjų dalelių dvyniai, kurie nuo pastarųjų skiriasi elektros krūvio ženklu ir kai kurių kitų charakteristikų ženklais. Dalelių ir antidalelių masė, sukimai ir gyvavimo laikas yra vienodi. Jei dalelei būdingos ir kitos vidinės kvantinės charakteristikos, turinčios ženklą, tada antidalelės šių charakteristikų reikšmės yra vienodos, tačiau ženklai yra priešingi. Jei dalelė yra nestabili (jaučia skilimą), tai antidalelė taip pat yra nestabili, sutampa jų gyvavimo laikas ir sutampa skilimo būdai (iki dalelių pakeitimo skilimo schemose į antidaleles).
Paprastoji medžiaga susideda iš protonų (p), neutronų (n) ir elektronų (e -). Antimedžiaga susideda iš jų antidalelių – antiprotonų (), antineutronų () ir antielektronų (pozitronų e +). Pasirinkimas, kurias daleles laikyti dalelėmis, o kurias antidalelėmis, yra sąlyginis ir nulemtas patogumo sumetimais. Antidalelės antidalelė yra dalelė. Dalelei ir antidalelei susidūrus, jos išnyksta (sunaikina), virsdamos gama kvantais.
Kai kuriais atvejais (pavyzdžiui, fotonas arba π 0 -mezonas ir kt.) dalelė ir antidalelė visiškai sutampa. Taip yra dėl to, kad fotonas ir π 0 -mezonas neturi elektros krūvio ir kitų vidinių charakteristikų su ženklu.

Charakteristika	Dalelė	Antidalelė
Svoris	M	M
Elektros krūvis	+(-)Q	-(+)Q
Suk	J	J
Magnetinis momentas	+(-)μ	-(+)μ
bariono numeris	+B	-B
Leptono numeris	+L e , +L μ , +L τ	-L e , -L μ , -L τ
Keista	+(-)s	-(+)s
Žavesys	+(-)c	-(+)c
dugnas	+(-)b	-(+)b
viršūnė	+(-)t	-(+)t
Isospin	aš	aš
Isospin projekcija	+(-)I 3	-(+)I 3
Paritetas	+(-)	-(+)
Gyvenimas	T	T
Skilimo schema		krūvio konjugatas

Antimedžiaga susideda iš antidalelių – antiprotonų, antineutronų ir antielektronų – pozitronų e +. Dalelės ir antidalelės yra lygios. Pasirinkimas, kurias daleles laikyti dalelėmis, o kurias antidalelėmis, yra sąlyginis ir nulemtas patogumo sumetimais. Stebimoje Visatos dalyje materija susideda iš neigiamo krūvio elektronų, teigiamai įkrautų protonų ir neutronų.
Susidūrus elektronui ir pozitronui, jie išnyksta (sunaikina), virsdami gama kvantais. Naikinant stipriai sąveikaujančias daleles, pavyzdžiui, protoną ir antiprotoną, susidaro keli mezonai π + , π - , π 0 , K + , K - , K 0 .

Tiesą sakant, teiginys, kad dalelių ir antidalelių sąveika visada lemia fotonų susidarymą, yra klaidingas net elektronų ir pozitronų atžvilgiu. Laisvoji elektronų-pozitronų pora anihiliuojasi susidarant elektromagnetiniams kvantams tik tuo atveju, jei jos energija nėra per didelė. Labai greiti elektronai ir pozitronai sugeba generuoti teigiamus ir neigiamus pi-mezonus (jie taip pat yra pionai), pliusinius ir minusinius miuonus, protonus ir antiprotonus ir net sunkesnias daleles – užtektų tik energijos. Lėti protonai ir antiprotonai anihiliacijos metu sukelia įkrautus ir neutralius pionus (o greituosius – kitas daleles), kurie skyla į gama kvantus, miuonus ir neutrinus. Iš esmės dalelės ir jos antikopijos susidūrimas gali baigtis bet kokiais dalelių deriniais, kurių nedraudžia simetrijos principai ir išsaugojimo dėsniai.

Gali atrodyti, kad anihiliacija niekuo nesiskiria nuo kitų dalelių sąveikos, tačiau ji turi vieną esminę savybę. Kad stabilios dalelės, tokios kaip protonai ar elektronai, susidurtų su egzotiškų mikrokosmoso gyventojų lietumi, jas reikia tinkamai paskirstyti. Lėti protonai susitikę tiesiog pakeis greitį – tuo reikalas ir baigsis. Tačiau artėjantis protonas ir antiprotonas arba elastingai išsisklaido ir išsisklaido, arba sunaikina ir gamina antrines daleles.

Visa tai, kas išdėstyta aukščiau, reiškia laisvųjų dalelių sunaikinimą. Jei bent vienas iš jų yra kvantinės sistemos dalis, situacija iš esmės išlieka ta pati, tačiau alternatyvos keičiasi. Pavyzdžiui, laisvo elektrono ir laisvojo pozitrono anihiliacija niekada negali sukelti tik vieno kvanto – impulso tvermės dėsnis to neleidžia. Tai lengviausia pamatyti, jei dirbate susidūrusios poros inercijos centro sistemoje – tada pradinis impulsas bus lygus nuliui ir todėl negali sutapti su vieno fotono impulsu, kad ir kur jis skristų. Jei pozitronas susitinka su elektronu, kuris yra, tarkime, vandenilio atomo dalis, galimas ir vieno fotono anihiliacija – tokiu atveju dalis impulso bus perkelta į atomo branduolį.

O ANTIGRAV?

Anglų fizikas Arthuras Schusteris manė, kad antimedžiagą gravitaciniu būdu atstumia įprasta medžiaga, tačiau šiuolaikinis mokslas mano, kad tai mažai tikėtina. Iš pačių bendriausių mikropasaulio dėsnių simetrijos principų išplaukia, kad antidaleles viena prie kitos turėtų traukti gravitacija, kaip ir daleles be priešdėlio „anti“. Klausimas, kas yra gravitacinė dalelių ir antidalelių sąveika, dar nėra iki galo išspręstas, tačiau atsakymas į jį beveik akivaizdus.
Pradėkime nuo Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos. Jis pagrįstas griežtos gravitacinių ir inercinių masių lygybės principu, o įprastai medžiagai šis teiginys buvo eksperimentiškai patvirtintas daugeliu labai tikslių matavimų. Kadangi dalelės inercinė masė yra lygiai lygi jos antidalelės masei, labai tikėtina, kad jų gravitacinės masės taip pat yra lygios. Tačiau tai vis dar yra prielaida, nors ir labai tikėtina, ir jos negalima įrodyti bendruoju reliatyvumu.

Tai yra spinduliuotės, kuriai būdinga anihiliacijos energija, registravimas arba tiesioginis antidalelių registravimas pagal masę ir krūvį. Kadangi antiprotonai ir antihelio branduoliai negali skristi per atmosferą, juos galima aptikti tik naudojant balionų aukštus atmosferos sluoksnius iškeltus instrumentus arba orbitinius instrumentus, tokius kaip AMS-01 magnetinis alfa spektrometras, pristatytas į Mir stotį. 1998 m. arba gerokai patobulintas jos atitikmuo AMS-02 (nuotraukoje), kuris pradės savo darbą TKS.

PAGRINDINIAI ANTIMATERIJOS PAIEŠKOS BŪDAI

Kitas argumentas prieš gravitacinį materijos ir antimaterijos atstūmimą kyla iš kvantinės mechanikos. Prisiminkite, kad hadronai (stiprioje sąveikoje dalyvaujančios dalelės) yra sudaryti iš kvarkų, sujungtų gliuono ryšiais. Kiekvienas barionas susideda iš trijų kvarkų, o mezonai susideda iš suporuotų kvarkų ir antikvarkų derinių ir ne visada vienodi (mezonas, susidedantis iš kvarko ir savo antikvarko, yra tikrai neutrali dalelė ta prasme, kad yra visiškai identiška į jo antimezoną). Tačiau šios kvarko struktūros negali būti laikomos absoliučiai stabiliomis. Pavyzdžiui, protonas susideda iš dviejų u-kvarkų, kurių kiekvieno elementarus elektros krūvis yra +2/3, ir vieno d-kvarko, kurio krūvis yra -1/3 (todėl protono krūvis yra +1). ). Tačiau šie kvarkai dėl sąveikos su gliuonais gali labai trumpam pakeisti savo prigimtį – ypač gali virsti antikvarkais. Jei dalelės ir antidalelės gravitaciniu būdu atstumia viena kitą, protono (ir, žinoma, neutrono) svoris turėtų šiek tiek svyruoti. Tačiau kol kas tokio poveikio nerasta vienoje laboratorijoje.

Nėra jokių abejonių, kad kada nors Jo Didenybės Eksperimentas atsakys į šį klausimą. Mums reikia šiek tiek – sukaupti daugiau antimedžiagos ir pamatyti, kaip ji elgiasi antžeminiame gravitaciniame lauke. Tačiau techniškai šie matavimai yra neįtikėtinai sudėtingi ir sunku numatyti, kada juos bus galima įgyvendinti.

TAI KOKIS SKIRTUMAS?

Po ketvirčio amžiaus atradus pozitroną, beveik visi fizikai buvo tikri, kad gamta neskiria dalelių ir antidalelių. Tiksliau, buvo manoma, kad bet koks fizinis procesas, kuriame dalyvauja dalelės, atitinka tą patį procesą, kuriame dalyvauja antidalelės, ir abu jie atliekami su ta pačia tikimybe. Turimi eksperimentiniai duomenys liudijo, kad šio principo laikomasi visose keturiose pagrindinėse sąveikose – stipriosios, elektromagnetinės, silpnosios ir gravitacinės.
Ir tada iš karto viskas kardinaliai pasikeitė. 1956 m. amerikiečių fizikai Li Jundao ir Yang Jenning paskelbė Nobelio premijos laureatą, kuriame aptarė dviejų iš pažiūros identiškų dalelių teta mezono ir tau mezono, suirimo į skirtingą pionų skaičių, sunkumą. Autoriai pabrėžė, kad šią problemą galima išspręsti, jei manysime, kad tokie skilimai yra susiję su procesais, kurių pobūdis keičiasi pereinant iš dešinės į vėsų, kitaip tariant, su veidrodiniu atspindžiu (šiek tiek vėliau fizikai suprato, kad apskritai reikėtų kalbėti apie atspindžius kiekvienoje iš trijų koordinačių plokštumų – arba, kas yra tas pats, apie visų erdvinių koordinačių ženklų pasikeitimą, erdvinę inversiją). Tai reiškia, kad veidrodinis procesas gali būti uždraustas arba įvykti su kitokia tikimybe nei prieš veidrodinį. Po metų amerikiečių eksperimentatoriai (priklausantys dviem nepriklausomoms grupėms ir dirbantys skirtingais metodais) patvirtino, kad tokie procesai egzistuoja.
Tai buvo tik pradžia. Tuo pačiu metu SSRS ir JAV teoriniai fizikai suprato, kad veidrodinės simetrijos pažeidimas leidžia pažeisti simetriją dalelių pakeitimo antidalelėmis atžvilgiu, o tai taip pat ne kartą buvo įrodyta eksperimentuose. Verta paminėti, kad neilgai trukus prieš Lee ir Yangą, bet dar tais pačiais 1956 m., galimybę sulaužyti veidrodinę simetriją diskutavo eksperimentinis fizikas Martinas Blockas ir didysis teoretikas Richardas Feynmanas, tačiau jie niekada nepaskelbė šių samprotavimų.

Per vieną iš paskutinių šaudyklinių misijų (STS-134) 2010 m. į TKS bus pristatytas naujas mokslinis instrumentas – alfa magnetinis spektrometras (AMS-02, alfa magnetinis spektrometras). Jo AMS-01 prototipas buvo pristatytas į kosminę stotį Mir 1998 m. ir patvirtino koncepcijos veikimą. Pagrindinis mokslinės programos tikslas bus labai tiksliai tirti ir matuoti kosminių spindulių sudėtį, taip pat ieškoti egzotiškų materijos formų – tamsiosios medžiagos, keistosios medžiagos (dalelių, kuriose yra keistų (-ių) kvarkų), kaip. taip pat antimedžiaga – ypač antihelio branduoliai .

AMS Į ISS

Fizikai veidrodinį atspindį tradiciškai žymi lotyniška raide P, o dalelių pakeitimą jų antidalelėmis – raide C. Abi simetrijos pažeidžiamos tik procesuose, kuriuose dalyvauja silpnoji sąveika, kuri yra atsakinga už atomų branduolių beta skilimą. Iš to išplaukia, kad dalelių ir antidalelių elgesys skiriasi dėl silpnos sąveikos.
Keistas veidrodinės simetrijos pažeidimas, atgaivintas, bando jį kaip nors kompensuoti. Jau 1956 m. Lee ir Yangas ir nepriklausomai Levas Landau teigė, kad gamta neskiria sistemų, kurios gaunamos viena iš kitos kartu taikant transformacijas C ir P (vadinamoji CP simetrija). Teoriniu požiūriu ši hipotezė atrodė labai įtikinama ir, be to, gerai atitiko eksperimentinius duomenis. Tačiau vos po aštuonerių metų Brukhaveno nacionalinės laboratorijos darbuotojai išsiaiškino, kad vienas iš neįkrautų K-mezonų (arba, kaip jie dar vadinami, kaonais) gali suirti į pionų porą. Griežtai laikantis CP simetrijos, tokia transformacija neįmanoma - todėl ši simetrija nėra universali! Tiesa, tariamai draudžiamų skilimų dalis neviršijo 0,2 proc., bet jie vis tiek įvyko! Dėl šio atradimo Brukhaveno komandos lyderiai Jamesas Croninas ir Val Fitch gavo Nobelio fizikos premiją.

SIMETRIJOS IR ANTIMATERIJA

CP simetrijos pažeidimai yra tiesiogiai susiję su materijos ir antimedžiagos skirtumu. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje CERN buvo atliktas labai gražus eksperimentas su K 0 neutraliais kaonais, kurių kiekvienas susideda iš d kvarko ir masyvesnio keisto antikvarko. Gamtos dėsniai leidžia antikvarkui prarasti dalį savo energijos ir virsti anti-d. Išsiskyrusią energiją galima panaudoti kaonui suskaidyti, tačiau gali būti, kad kaimyninis d-kvarkas ją sugers ir pavirs keistu kvarku. Dėl to atsiras dalelė, susidedanti iš anti-d-kvarko ir keisto kvarko, tai yra, neutralaus antikaono. Formaliai šią transformaciją galima apibūdinti kaip CP transformacijos taikymo kaonui rezultatą!
Taigi, jei CP simetrija laikomasi absoliučiai griežtai, tai neutralūs kaonai K 0 virsta savo antidalelėmis su lygiai tokia pačia tikimybe, nes vyksta atvirkštinės transformacijos. Bet koks CP simetrijos pažeidimas pakeis vieną iš šių tikimybių. Paruošę vienodo skaičiaus neutralių kaonų ir antikaonų pluoštą ir sekdami abiejų dalelių koncentracijos dinamiką, galime sužinoti, ar jų kvantiniai virpesiai atitinka CP simetriją.

Būtent tai padarė CERN fizikai. Jie nustatė, kad neutralūs antikaonai kaonais tampa šiek tiek greičiau, nei virsta antikaonais. Kitaip tariant, buvo atrastas procesas, kurio metu antimedžiaga virsta medžiaga greičiau nei medžiaga antimedžiaga! Mišinyje su iš pradžių lygiomis medžiagos ir antimedžiagos dalimis laikui bėgant susidaro net nedidelis, bet vis tiek išmatuojamas medžiagos perteklius. Toks pat poveikis buvo atskleistas atliekant eksperimentus su kitomis sunkiosiomis neutraliomis dalelėmis – D 0 -mezonais ir B 0 -mezonais.
Taigi iki XX amžiaus pabaigos eksperimentatoriai įtikinamai įrodė, kad silpna sąveika skirtingai veikia daleles ir antidaleles. Nors šie skirtumai patys savaime yra labai maži ir išryškėja tik tam tikrų labai egzotiškų dalelių transformacijų metu, jie visi yra gana realūs. Tai reiškia, kad tarp materijos ir antimaterijos yra fizinė asimetrija.
Norint užbaigti paveikslėlį, reikėtų atkreipti dėmesį į dar vieną aplinkybę. 1950-aisiais buvo įrodytas svarbiausias reliatyvistinės kvantinės mechanikos teiginys – CPT teorema. Jame sakoma, kad dalelės ir antidalelės yra griežtai simetriškos CP transformacijos, po kurios seka laikas, atžvilgiu (griežtai kalbant, ši teorema yra teisinga tik neatsižvelgiant į gravitaciją, kitaip klausimas lieka atviras). Todėl, jei kai kuriuose procesuose nepaisoma CP simetrijos, jų greitis „pirmyn“ ir „atgal“ kryptimis (žinoma, ką laikyti abiem, yra susitarimo reikalas) neturėtų būti vienodas. Būtent tai įrodė CERN eksperimentai su neutraliais kaonais.

KUR YRA ANTIPASAULIS?

1933 m. Paulius Dirakas buvo tikras, kad mūsų Visatoje yra ištisos antimedžiagos salos, apie kurias jis paminėjo savo Nobelio paskaitoje. Tačiau šiuolaikiniai mokslininkai mano, kad tokių salų nėra nei mūsų Galaktikoje, nei už jos ribų. Žinoma, antimedžiaga kaip tokia egzistuoja. Antidalelės susidaro dėl daugelio didelės energijos procesų – tarkime, termobranduolinio žvaigždžių kuro degimo ir supernovų sprogimų. Jie atsiranda įmagnetintos plazmos debesyse, supančiais neutronines žvaigždes ir juodąsias skyles, greitųjų kosminių dalelių susidūrimų metu tarpžvaigždinėje erdvėje, bombarduojant žemės atmosferą kosminiais spinduliais ir, galiausiai, atliekant eksperimentus su greitintuvais. Be to, kai kurių radionuklidų skilimą lydi antidalelių – būtent pozitronų – susidarymas. Bet visa tai yra tik antidalelės ir jokiu būdu ne antimedžiaga. Iki šiol niekam nepavyko aptikti net kosminio antihelio, jau nekalbant apie sunkesnius elementus. Taip pat nesėkminga buvo ieškoti specifinio spektro gama spinduliuotės, kurią sukėlė anihiliacija kosminių materijos ir antimaterijos spiečių ribose.

PASAULIS AR ANTIPASAULIS?

Įsivaizduokime, kad skrendame tarpžvaigždiniu laivu, kuris artėja prie protingos gyvybės planetos. Kaip sužinoti, iš ko susideda mūsų mintyse esantys broliai – iš materijos ar antimedžiagos? Galite siųsti žvalgybinį zondą, bet jei jis sprogs atmosferoje, mus gali laikyti kosmoso agresoriais, kaip Krzysztofo Boruno mokslinės fantastikos romane „Antipasaulis“. To galima išvengti naudojant tuos pačius neutralius kaonus ir antikaonus. Kaip jau minėta, jie sugeba ne tik virsti vienas kitu, bet ir suirti, ir įvairiais būdais. Tokių skilimų metu neutrinai gali susidaryti kartu su teigiamaisiais pionais ir elektronais arba su neigiamais pionais ir pozitronais. Dėl materijos ir antimedžiagos asimetrijos tokių reakcijų greičiai kiek skiriasi. Šią aplinkybę galima panaudoti kaip „lakmuso popierių“. Norint patikrinti planetos antimaterialumą, patogu imti ne grynus kaonus ir antikaonus, o mišrias jų būsenas; jie žymimi K S ir K L (S – trumpi, o L – ilgi). Faktas yra tas, kad būsenoje L dalelės gyvenimo trukmė yra 570 kartų ilgesnė nei S būsenoje (5,12 x 10 -8 s, palyginti su 8,95 x 10 -11 s). Ilgaamžėje kaonų versijoje materijos ir antimedžiagos simetrija yra daug stipresnė - kas 10 000 norimo tipo skilimų maždaug 5015 gamina pozitronus ir 4985 elektronus. Beje, istorinis Cronino ir Fincho eksperimentas taip pat buvo atliktas su K-mezonais. Dabar pradėkime pokalbį. Kaonų būdinga masė yra šiek tiek daugiau nei pusė protono masės. Paaiškinkime broliams mintyse, kad mums reikia nestabilios neutralios dalelės, kurios masė būtų šiek tiek didesnė už paprasčiausio atomo branduolio masę. Ateiviai fizikai pagamins K-mezonus ir nustatys jų skilimo ypatybes. Paklausime, ar lengviausios iš įkrautų dalelių elektros krūvio ženklas, susidarantis šiuose skilimuose šiek tiek dažniau nei panašios priešingo ženklo dalelės, sutampa su dalelių, sudarančių jų pasaulio atomus, ženklu . Teigiamo atsakymo atveju mums taps aišku, kad pozitronai yra jų atomų dalis, todėl ateivis susideda iš antimedžiagos. O jei atsakymas neigiamas – galite ruoštis nusileidimui!

PASAULIS AR ANTIPASAULIS?

Mokslinėje literatūroje periodiškai pasirodo pranešimai apie nestandartinių pirminių nežinomos kilmės kosminių antidalelių šaltinių atradimą. 2009 metų balandį buvo paskelbti duomenys apie paslaptingą itin greitų pozitronų perteklių, aptiktą detektorių komplekso PAMELA. Ši įranga patalpinta Rusijos palydove Resurs-DK, kuris 2006 m. birželio 15 d. buvo išsiųstas į Žemės orbitą iš Baikonūro kosmodromo. Kai kurie ekspertai šį rezultatą interpretavo kaip galimą hipotetinių tamsiosios medžiagos dalelių sunaikinimo įrodymą, tačiau netrukus pasirodė ne toks egzotiškas paaiškinimas. Šią hipotezę pakomentavo žinomas kosminių spindulių specialistas Veniamin Berezinsky iš Gran Sasso nacionalinės laboratorijos, kuri yra Italijos nacionalinio branduolinės fizikos instituto dalis: „Standartinis galaktikos kosminių spindulių gamybos modelis remiasi į tris pozicijas. Supernovos liekanos laikomos pirmuoju ir pagrindiniu įkrautų dalelių šaltiniu.Antra idėja – dalelės pagreitinamos iki ultrareliatyvistinių greičių posprogiųjų smūginių bangų frontuose ir šiame pagreityje jų pačių magnetinio lauko vaidmuo yra labai didelis.Trečias Mano pozicija yra tokia, kad kosminiai spinduliai sklinda difuzijos būdu.Mano buvęs studentas, o dabar Nacionalinio astrofizikos instituto profesorius Pasquale Blasi parodė, kad PAMELA komplekso aptiktas pozitronų perteklius visiškai atitinka šį modelį.Smūgio bangomis pagreitinti protonai susiduria su kosminių dujų dalelės ir būtent šioje jų pagreičio zonoje virsta teigiamais pionais, kurie suyra tsya su pozitronų ir neutrinų susidarymu. Remiantis Blazy skaičiavimais, šis procesas gali sukurti lygiai tokią pačią pozitronų koncentraciją, kokią rado PAMELA. Toks pozitronų generavimo mechanizmas atrodo absoliučiai natūralus, bet kažkodėl iki šiol niekam neatėjo į galvą. Blasi taip pat parodė, kad tie patys procesai taip pat turėtų generuoti antiprotonų perteklių. Tačiau jų gamybos skerspjūvis yra daug mažesnis nei atitinkama pozitronų vertė, todėl juos galima aptikti tik esant didesnei energijai. Manau, laikui bėgant tai taps įmanoma“.
Apskritai kol kas viskas kalba už tai, kad kosmose nėra nei antižvaigždžių, nei antiplanetų, nei net mažiausių antimeteorų. Kita vertus, įprastiniai Didžiojo sprogimo modeliai teigia, kad netrukus po gimimo mūsų visatoje buvo tiek pat dalelių ir antidalelių. Tai kodėl pirmasis išliko, o antrasis išnyko?