Бөөм ба эсрэг бөөмийн дайн. Бөөм ба эсрэг бөөмсийн дайн Эсрэг бөөмсийг нээсэн түүх

Бөөмийн эсрэг таамаглал анх 1928 онд үүссэн бөгөөд П.Дирак харьцангуй долгионы тэгшитгэлийн үндсэн дээр К.Андерсон дөрвөн жилийн дараа сансрын цацрагийн нэг хэсэг болгон нээсэн позитрон (263-ыг үзнэ үү) байгааг урьдчилан таамаглаж байсан.

Электрон ба позитрон бол цорын ганц хос бөөмс ба эсрэг бөөмс биш юм. Харьцангуй квант онолын үндсэн дээр тэд энгийн бөөм бүрийн хувьд эсрэг бөөмс (цэнэг нэгтгэх зарчим) байх ёстой гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Туршилтууд нь цөөн тооны үл хамаарах зүйлээс (жишээлбэл, фотон ба p 0-мезон) бөөмс бүр эсрэг бөөмстэй тохирч байгааг харуулж байна.

Квантын онолын ерөнхий заалтуудаас үзэхэд бөөмс ба эсрэг бөөмс нь ижил масстай, вакуум дахь ижил амьдрах хугацаатай, ижил модультай боловч тэмдэгт цахилгаан цэнэгүүд (болон соронзон моментууд), ижил спин ба изотоп спинтэй байх ёстой. бусад квант тоо. , тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн хуулиудыг тайлбарлахын тулд энгийн бөөмстэй холбоотой (лептоны тоо (§ 275-ыг үзнэ үү), барионы тоо (§ 275-ыг үзнэ үү), хачирхалтай байдал (§ 274-ийг үзнэ үү), сэтгэл татам (§ 275-ыг үзнэ үү) гэх мэт) . 1956 он хүртэл бөөмс ба эсрэг бөөмсийн хооронд бүрэн тэгш хэм байдаг, өөрөөр хэлбэл бөөмсийн хооронд ямар нэгэн процесс явагддаг бол эсрэг бөөмсийн хооронд яг ижил (ижил шинж чанартай) процесс байх ёстой гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч 1956 онд ийм тэгш хэм нь зөвхөн хүчтэй ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн шинж чанартай бөгөөд сул талуудын хувьд зөрчигддөг болохыг нотолсон.

Диракийн онолын дагуу бөөмс ба эсрэг бөөмсийн мөргөлдөөн нь бие биенээ устгахад хүргэдэг бөгөөд үүний үр дүнд бусад энгийн бөөмсүүд эсвэл фотонууд үүсдэг. Үүний нэг жишээ бол электрон-позитрон хос (-1 0) устах урвал (263.3) юм. д+ + 1 0 д® 2г).

Онолын хувьд таамагласан позитрон оршин тогтнох нь туршилтаар батлагдсаны дараа антипротон ба антинейтрон байгаа эсэх тухай асуулт гарч ирэв. Тооцооллоос харахад бөөмс-эсрэг бөөмийн хосыг бий болгохын тулд бөөмс нь маш их кинетик энерги өгөх ёстой тул хосын давхар амрах энергийг давсан энерги зарцуулах шаардлагатайг харуулж байна. p-p̃-хос үүсгэхийн тулд ойролцоогоор 4.4 ГэВ энерги шаардагдана. Антипротоныг үнэхээр туршилтаар (1955) протонуудыг (Калифорнийн Их Сургуулийн хамгийн том синхрофазотрон дээр хурдасгасан) зорилтот цөмийн нуклонуудаар (зорилтод зэс үйлчилдэг) тарааж байх үед олж илрүүлсэн бөгөөд үүний үр дүнд p - p p хос үүсэв. төрсөн.

Антипротон нь протоноос цахилгаан цэнэгийн шинж тэмдэг, өөрийн соронзон моментоор ялгаатай. Антипротон нь зөвхөн протоноор зогсохгүй нейтронтой хамт устгаж чаддаг.

(273.1) (273.2) (273.3)

Жилийн дараа (1956) ижил хурдасгуур нь антинейтрон (ñ) авч, түүнийг устгаж чадсан. Антинейтронууд нь бодисоор дамжин өнгөрөхдөө антипротонуудын цэнэгийн солилцооны үр дүнд үүссэн. Цэнэг солилцох урвал r̃ нь нуклон ба антинуклеоны хоорондох цэнэгийн солилцооноос бүрддэг бөгөөд схемийн дагуу үргэлжилж болно.

(273.4) (273.5)

Антинейтрон ñ нь өөрийн соронзон моментийн тэмдгээр нейтроноос ялгаатай. Хэрэв антипротонууд нь тогтвортой тоосонцор бол чөлөөт антинейтрон нь устаж үгүй ​​болохгүй бол эцэст нь схемийн дагуу задралд ордог.

Мөн p + мезон, каон ба гиперонуудын эсрэг бөөмс олдсон (§ 274-ийг үзнэ үү). Гэсэн хэдий ч эсрэг бөөмсгүй бөөмс байдаг - эдгээр нь жинхэнэ төвийг сахисан бөөмс гэж нэрлэгддэг. Үүнд фотон, р°-мезон, η-мезон (түүний масс нь 1074м e, ашиглалтын хугацаа 7×10 -19 с; р-мезон ба γ-квант үүсэх замаар задрах) орно. Жинхэнэ төвийг сахисан бөөмс нь устгах чадваргүй боловч бүх элементийн бөөмсийн үндсэн шинж чанар болох харилцан өөрчлөлтийг мэдэрдэг. Жинхэнэ төвийг сахисан бөөмс бүр нь түүний эсрэг бөөмстэй ижил байдаг гэж бид хэлж чадна.

Антинейтрино байдгийн нотолгоо, нейтрино ба антинейтрино нь ижил эсвэл өөр бөөмс үү гэсэн асуултын хариулт нь ихээхэн сонирхол татсан бөгөөд ноцтой хүндрэлүүд байв. Реактороос олж авсан антинейтриногийн хүчтэй урсгалыг ашиглан (хүнд цөмийн задралын хэсгүүд β задралд өртөж, (258.1) дагуу антинейтрино ялгаруулдаг) Америкийн физикч Ф.Рейнс, К.Коуэн (1956) электроныг барьж авах урвалыг найдвартай тэмдэглэжээ. протоноор үүсгэгдсэн антинейтрино:

Үүний нэгэн адил нейтроны электрон нейтрино барих урвал тогтмол байна.

Иймд (273.6) ба (273.7) урвалууд нь нэг талаас, v дболон ṽ д, бодит бөөмс бөгөөд зөвхөн β задралыг тайлбарлах зорилгоор нэвтрүүлсэн зохиомол ойлголт биш бөгөөд нөгөө талаас v гэсэн дүгнэлтийг баталж байна. дболон ṽ д- янз бүрийн тоосонцор.

Дараа нь мюон нейтрино үйлдвэрлэх, шингээх туршилтууд үүнийг харуулсан v мба ṽ m нь өөр өөр бөөмс юм. Энэ нь бас нотлогдсон байна хос v д, v мөөр өөр бөөмс бөгөөд хос v д, ṽ дхостой адилхан биш v м, ṽ m B. M. Pontecorvo-ийн санааны дагуу (§ 271-ийг үзнэ үү) нейтроноор муоны нейтрино барих урвалыг (p + ®m + + v m (271.1) задралаар олж авсан) хийж, үүссэн хэсгүүд нь ажиглагдсан. Урвал (273.7) үүсэхгүй бөгөөд баригдах нь схемийн дагуу явагддаг.

өөрөөр хэлбэл электронуудын оронд m - -мюонууд урвалд үүссэн. Энэ нь v хоёрын ялгааг баталсан дба v м

Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу нейтрино ба антинейтрино нь бие биенээсээ энгийн бөөмийн төлөв байдлын квант шинж чанараараа ялгаатай байдаг - бөөмийн эргэлтийг хөдөлгөөний чиглэл рүү (хөдөлгөөнт) проекц гэж тодорхойлдог. Туршилтын өгөгдлүүдийг тайлбарлахын тулд нейтрино спирал s нь импульсийн эсрэг чиглэсэн, өөрөөр хэлбэл, p ба s чиглэлүүд нь зүүн гар талын шураг үүсгэдэг, нейтрино нь зүүн талын мушгиатай байдаг (Зураг 349, a) ). Антинейтриногийн хувьд p ба s чиглэл нь зөв шураг үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл антинейтрино нь зөв нугастай байдаг (Зураг 349, б).Энэ шинж чанар нь электрон ба мюоны нейтрино (антинейтрино) хоёуланд нь адилхан хүчинтэй.

Спираль байдлыг нейтриногийн (антинейтрино) шинж чанар болгон ашиглахын тулд нейтрино массыг тэг гэж үзэх ёстой. Спиральыг нэвтрүүлсэн нь жишээлбэл, элементийн бөөмсийн задрал, β задралыг үүсгэдэг сул харилцан үйлчлэлийн үед паритетыг хадгалах хуулийг зөрчсөн (§ 274-ийг үзнэ үү) тайлбарлах боломжтой болсон. Тиймээс, m - -муон нь баруун тийш, m + -муон - зүүн тийш хуваарилагдана.

Ийм олон тооны эсрэг бөөмсийг олж илрүүлсний дараа шинэ даалгавар гарч ирэв - антицөмийг олох, өөрөөр хэлбэл бөөмсөөс үүссэн бодис шиг эсрэг бөөмсөөс үүссэн антиматер байдаг гэдгийг батлах. Антинуклейг үнэхээр илрүүлсэн. Анхны цөм болох антидейтероныг (p̃ ба ñ-ийн холбоотой төлөв) 1965 онд Л.Ледерман тэргүүтэй Америкийн физикчид олж авсан бөгөөд дараа нь антигелиум (1970) болон антитритий (1973) цөмүүдийг Серпухов хурдасгуурт нэгтгэсэн. .

Гэсэн хэдий ч бөөмстэй тулгарах үед устах боломж нь бөөмсийн дунд удаан хугацааны туршид эсрэг бөөмсийг байлгах боломжийг олгодоггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Иймд антиматерийн тогтвортой төлөв байдлын хувьд түүнийг бодисоос тусгаарлах ёстой. Хэрэв орчлон ертөнцийн бидэнд мэдэгдэж байгаа хэсгийн ойролцоо антиматерийн хуримтлал байсан бол хүчтэй устгалын цацраг (асар их хэмжээний энерги ялгарах дэлбэрэлт) ажиглагдах ёстой. Гэсэн хэдий ч астрофизикчид өнөөг хүртэл ийм төрлийн зүйлийг бүртгээгүй байна. Эсрэг бөөмийг (эцэст нь антиматер) хайх судалгаа, энэ чиглэлээр олсон анхны амжилтууд нь материйн бүтцийн талаархи цаашдын мэдлэгт чухал ач холбогдолтой юм.

Бид хэрэглэж заншсан эсрэгэсрэг биетүүдийг илэрхийлэх. Жишээлбэл, адал явдалт киноны баатар, эсрэг баатар хоёр ширүүн тулаанд ордог. Гэсэн хэдий ч бичил сансарт бөөмс ба эсрэг бөөмс нь бие биентэйгээ бүрэн зөрчилддөггүй. Бөөм ба эсрэг бөөмс нь ижил масс, ашиглалтын хугацаа, эргэлттэй, зөвхөн цэнэг нь ялгаатай. Гэхдээ энд бүх зүйл тийм ч энгийн биш юм.

Эсрэг бөөмс гэж юу вэ

Дүрмээр бол сургуулийн вандан сандал дээрээс ихэнх хүмүүс зөвхөн цахилгаан цэнэгийг цэнэг гэж ойлгодог. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв бид электрон ба түүний эсрэг бөөмс болох позитроныг авч үзвэл тэдгээр нь цахилгаан цэнэгээрээ яг ялгаатай байдаг: электрон нь сөрөг цахилгаан цэнэгтэй, позитрон нь эерэг байдаг. Гэсэн хэдий ч цахилгаан соронзоноос гадна таталцлын, хүчтэй, сул харилцан үйлчлэл байдаг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр өөрийн гэсэн цэнэгтэй байдаг. Эерэг цахилгаан цэнэгтэй протон, сөрөг цахилгаан цэнэгтэй антипротон хоёр хүчтэй харилцан үйлчлэлийн явцад протоны хувьд +1, антипротоны хувьд -1-тэй тэнцэх барион цэнэгийг (эсвэл барионы тоо) авдаг гэж бодъё. . Тиймээс хэрэв цахилгаан цэнэг байхгүй бол, жишээлбэл, нейтрон ба антинейтроных шиг хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг хэсгүүд нь барионы тоогоор ялгаатай хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь нейтроны хувьд +1, антинейтроны хувьд -1 байна.

Барион ба цахилгаан цэнэг хоёулаа тэгтэй тэнцүү байх тохиолдол байдаг уу? Тийм ээ, жишээлбэл, мезонуудын хувьд. Эдгээр нь кварк ба антикваркаас тогтдог бөгөөд тодорхойлолтоор тэдний барион цэнэг нь тэг юм. Жишээлбэл, цахилгаан саармаг K-мезонуудыг авч үзье - орон зайн болон цэнэгийн хосолсон паритетыг зөрчсөн гайхалтай тоосонцор. K0 мезон, эсрэг K0 мезон байдаг. Хоёр бөөмийн цахилгаан ба барион цэнэг тэгтэй тэнцүү байна. Тэгвэл яагаад тэдгээрийг бөөмс ба эсрэг бөөмс гэж үздэг вэ? Энэ тохиолдолд мезонуудын кваркийн найрлага өөр байна. K0 мезон нь антис кварк ба d кваркаас бүрдэнэ. Эсрэг K0 мезон нь эсрэгээрээ s-кварк ба анти-д-кваркаас бүрдэнэ. Хачирхалтай кварк - s - шинэ квант тоо буюу цэнэгтэй - хачирхалтай. Протон ба антипротоны хувьд барион цэнэг өөр байдагтай адил хачирхалтай байдал нь s ба эсрэг кваркуудын хувьд өөр байдаг; d-кваркууд болон d-антикваркууд нь хачирхалтай төстэй өөрийн гэсэн квант тоотой байдаг. Эдгээр цэнэгүүд нь цахилгаан ба барион-саармаг K0 ба эсрэг K0 мезоныг ялгах боломжийг олгодог.

Гэсэн хэдий ч бөөмс ба эсрэг бөөмс нь ижил байдаг. Жишээлбэл, антис-кварк ба с-кваркаас бүрдэх φ мезон, түүний эсрэг бөөмс нь эсрэгээрээ с-кварк ба антис-кваркаас бүрддэг. Эндээс харахад φ-мезон нь өөрийн эсрэг бөөм юм. Үнэн хэрэгтээ φ мезонтой төстэй бөөмс олон байдаг. Эдгээрээс хамгийн алдартай нь дур булаам кварк болон антикваркаас тогтсон J/ψ мезон юм. Фотонууд бас өөртэйгөө адилхан байдаг. Мөн сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид - Z0-бозонууд - мөн. Гэхдээ энэ нь өөртэйгөө ижил үү гэсэн асуултын хариулт хараахан тодорхой болоогүй нэг энгийн бөөмс байдаг. Энэ бөөмс нь нейтрино юм. Энэ нь зөвхөн сул ба таталцлын харилцан үйлчлэлд оролцдог. Гэсэн хэдий ч одоо байгаа эрчим хүчний хэмжүүр дэх таталцлын харилцан үйлчлэл нь ямар ч үүрэг гүйцэтгэдэггүй. Тиймээс нейтрино зөвхөн сул харилцан үйлчлэлд оролцдог гэж хэлж болно. Квантын талбайн онолд нейтрино төлөвийг тайлбарлах хоёр хандлага байдаг. Эхнийх нь нейтрино ба антинейтрино нь бие биетэйгээ ижил биш гэж тооцогддог Дирак арга гэж нэрлэгддэг арга юм. Өөрөөр хэлбэл онолчдын үзэж байгаагаар нейтрино ба антинейтрино нь электрон ба позитронтой төстэй юм. Хоёр дахь нь нейтрино ба антинейтрино бие биетэйгээ адилхан гэж тооцогддог Мажоранагийн арга юм. Нейтриногүй давхар бета задралын цөмийн задралын туршилтын ажиглалтаар Майоранагийн үзэл баримтлалыг дэмжсэн сонголтыг өгч болно. Энэхүү задрал нь туршилтаар ажиглахад хамгийн хэцүү зүйлүүдийн нэг юм. Одоогоор энэ үйл явц илрээгүй байна.

Эсрэг бөөмсийг нээсэн түүх

Эртний Грект аль хэдийн эртний сэтгэгчид материйн үндсэн бүтцийн тухай асуулт тавьж байсан. Тэр үеийн шинжлэх ухааны загварын дагуу Грекчүүд үндсэн элементүүдийг хайж байв. Эдгээр эрэл хайгуулын үр дүнд Грекчүүд хэд хэдэн тэс өөр анхдагч элементүүдийн багц, тэр ч байтугай атомыг үрэлгэн хавсралт гэж үздэг байв. Гэхдээ Грекчүүд өөр өөр багцуудын хооронд сонголт хийх боломжгүй байсан, учир нь зөвхөн логик аргументууд нь сонголт хийхэд хангалтгүй байсан бөгөөд шийдвэрлэх туршилт хийх санаа гарахаас өмнө бараг 2000 жил үлдсэн байв.

Зөвхөн XVII-XVIII зууны төгсгөлд физик нь шинжлэх ухаан болж бүрэлдэж, түүний гол хөдөлгөгч хүч нь туршилт болж, XX зууны эхний улирал хүртэл хэвээр байв. Туршилтын гэнэтийн үр дүн нь сонгодог электродинамик, харьцангуйн тусгай онол, квант механикийг бий болгоход түлхэц өгсөн юм.

Гэсэн хэдий ч 1928 онд бүх зүйл өөрчлөгдсөн. Английн онолын нэрт физикч, квант механикийг бүтээгчдийн нэг Пол Дирак хагас бүхэл спинтэй бөөмсийн релятивист квант тэгшитгэлийг бичсэн. Энэ тэгшитгэл нь Диракт оруулаагүй нэг чухал шинж чанартай байсан: хэрэв энэ тэгшитгэл нь сөрөг цахилгаан цэнэгтэй бөөмсийн шийдэлтэй байсан бол эерэг цэнэгтэй бөөмсийн хувьд нэмэлт шийдэл гарцаагүй гарч ирнэ. 1930-аад оны эхээр хагас бүхэл спин, сөрөг цэнэгтэй зөвхөн нэг бөөмс мэдэгдэж байсан - энэ нь электрон байсан - хагас бүхэл спин, эерэг цэнэгтэй нэг бөөмс, тэр нь протон байв. Диракын тэгшитгэлийн хоёр шийдэл нь эдгээр хоёр бөөмстэй тохирч байна гэж физикчид анх бодож байсан. Гэвч тун удалгүй Германы математикч Херман Вейл Диракийн тэгшитгэлийн эерэг ба сөрөг цэнэгтэй бөөмсүүд ижил масстай байх ёстойг баталжээ. Тэгээд протон нь электроноос 2000 дахин хүнд тул асуудал гарсан.

Энэ нь Диракийн онол нь цоо шинэ баримтыг урьдчилан таамагласан гэсэн үг юм. Орчин үеийн хэллэгээр Пол Дирак эсрэг бөөмсийг урьдчилан таамаглаж байсан. Зөвхөн эхэндээ хэн ч тэдэнд итгэдэггүй байсан бөгөөд Дирак өөрөө алдаатай тэгшитгэлийн төлөө шүүмжлэв. Тэгээд дэмий л. Ямартай ч эсрэг бөөмс олдоод нэг жил болж байна. Зөвхөн тэдний нээлт, Зөвлөлтийн авъяаслаг туршилтын физикч Дмитрий Владимирович Скобельцын л энэ талаар огт төсөөлөөгүй байв. Сансрын туяа, өөрөөр хэлбэл сансар огторгуйгаас дэлхий дээр унадаг тоосонцоруудын найрлагыг судлах нь тэр үед хамаатай асуудал нь түүнийг ихэд татсан нь баримт юм. Сансар огторгуйн цацрагийн бөөмсийн импульс ба тэдгээрийн цэнэгийг хэмжихийн тулд Скобельцын үүлний камерыг тогтмол соронзон орон дотор байрлуулсан - 1930-аад оны хамгийн сүүлийн үеийн цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн мөрийг бүртгэсэн төхөөрөмж. Ийм камерт сансар огторгуйгаас ирж буй эерэг цэнэгтэй хэсгүүд нэг чиглэлд, сөрөг нь нөгөө чиглэлд эргэлддэг. Скобельцын электрон замтай төстэй хэд хэдэн замыг ажигласан боловч эсрэг чиглэлд мушгирсан. Орчин үеийн мэдлэгийн оргилоос харахад ийм замуудыг позитронууд үлдээсэн гэдгийг бид ойлгож байна. Гэвч эрдэмтэд эдгээр замуудыг байгалийн цацраг идэвхт бодисын үр дүнд үүссэн дэлхийн гадаргуугаас нисч буй электронууд үлдээж, эдгээр замуудыг сонирхохоо больсон гэж эрдэмтэд санал болгов.

Тиймээс Карл Андерсоныг дэлхийн анхны позитроныг нээсэн хүн гэж үздэг. Энэхүү гайхалтай Америкийн туршилтчин Диракийн онолыг мэддэг байсан бөгөөд "өөр цэнэгтэй электронууд" байгаа эсэхийг туршилтаар шалгахыг хүссэн. Андерсон Скобельцын техникийг жижиг нэмэлтээр ашигласан бөгөөд энэ нь Америкийн туршилтыг Нобелийн шагналтан болгосон: үүлний камерт хар тугалгатай хавтанг байрлуулав. Цэнэглэгдсэн бөөмс ялтсыг мөргөхөд энергийн зарим хэсгийг алдаж, импульс нь буурч, соронзон орон дахь замын муруйлт өөрчлөгддөг. Тиймээс замын муруйлтыг өөрчилснөөр бөөмс нь хар тугалганы хавтангийн аль талаас камерт орж ирснийг ойлгох боломжтой. Энэ бол позитроныг нээхийн тулд Скобельцынд байгаагүй мэдээлэл байв. Мөр нь электронуудын мөртэй төстэй боловч эсрэг чиглэлд мушгирсан бөөмс нь ердийн электронтой адил сансар огторгуйгаас нисдэг болох нь тогтоогджээ. Андерсон 1932 онд туршилтаа хийжээ. Энэ оныг эсрэг бөөмсийг нээсэн жил, бөөмийн физикийн онол туршилтаас давж эхэлсэн жил гэж тооцогддог. Нейтрино, Хиггс бозон, дээд кваркийг онолчид анх таамаглаж байсан. Заримдаа туршилтууд онолыг хагас зуун жилийн дараа, жишээлбэл, Хиггс бозоны үед баталж байсан.

Эртний Грекийн нөхцөл байдалд бид шинэ түвшинд буцаж ирлээ гэж хэлж болно: Грекчүүд нэг удаа анхдагч элементүүдийн янз бүрийн багцыг санал болгож байсантай адил онолчид олон шинэ суурь ойлголтуудыг санал болгодог. Хэрэв ийм технологийн боломж байгаа бол одоо л туршилтчид эдгээр ойлголтыг туршиж үзэхийг оролдож байна.

Антипротоны талаар юу хэлэх вэ? Энэ бол физикчдийн нээсэн хоёр дахь эсрэг бөөмс юм. Үүнийг 1955 онд нацистуудаас Америк руу дүрвэн гарсан Италийн авъяаслаг физикч Эмилио Сегре протоны хурдасгуураас олж илрүүлжээ. Энэхүү нээлт нь 1959 онд Нобелийн шагнал хүртжээ. Бараг л антипротонтой нэгэн зэрэг антинейтрон нээгдэв.

Одоо хэдэн зуун эсрэг бөөмс олдсон байна. Хагас бүхэл спиралтай байх албагүй аливаа цэнэглэгдсэн бөөмс өөрийн эсрэг бөөмтэй байдаг. Нобелийн шагналыг эсрэг бөөмсийг нээсэнд олгодог. Андерсоны харилцан үйлчлэлийн явцад олж илрүүлсэн бөөмс ба эсрэг бөөмийн шинж чанар нь фотон болж хувирах - устгах - орчин үеийн физикийн үндсэн нууцуудын нэг болох орчлон ертөнцийн барион тэгш бус байдлыг бий болгосон. Диракийн тэгшитгэлийг бүх физикчид эртнээс хүлээн зөвшөөрч, квант талбайн онолын үндэс болсон.

Эсрэг бөөмсөөс эсрэг бодис хүртэл

Хэрэв 1960-аад оны үед физикчид позитрон, антипротон, антинейтроныг олж авч чадсан бол эндээс антиустөрөгч гэх мэт антиматерийн нийлэгжилт рүү нэг алхам орсон мэт санагдана. Гэсэн хэдий ч энэ замд маш их бэрхшээл тулгардаг.

Антиматерийн атом ба молекулуудыг бий болгохын тулд тэдгээрийн барилгын материал болох эсрэг бөөмсийг олж авах нь хангалтгүй юм. Эдгээр эсрэг бөөмсийг удаашруулах хэрэгтэй. Гэхдээ хамгийн чухал нь антиматер нь материас бүрдэх ертөнцөд хадгалагдах ёстой. Эсрэг бөөмсийг зүгээр л хайрцагт хийж болохгүй: тэдгээр нь хайрцгийн ханатай хамт устах болно. Хэрэв бид эсрэг бөөмсийг хадгалахыг хүсч байвал тэдгээрийг вакуум болон "ханагүй саванд" хадгалах ёстой. Цэнэглэгдсэн бөөмсийн хувьд хүчтэй жигд бус соронзон орныг ийм сав болгон ашиглаж болно. Төвийг сахисан тоосонцорыг хязгаарлах ажил нь илүү хэцүү боловч цаг хугацаа өнгөрөхөд соронзон орны тусламжтайгаар үүнийг шийдсэн. Одоогийн байдлаар устөрөгчийн эсрэг бодисыг Пеннингийн соронзон урхинд бараг 20 минут байлгадаг.

Антиматерийн синтез нь эсрэг цөмийн нийлэгжилтээс эхлэх нь логик юм. Гэвч өнөөдрийг хүртэл энэ чиглэлд ахиц дэвшил бага байна. Зөвхөн хоёр антипротон, нэг антинейтроноос бүрдэх антигелий-3, хоёр антипротон, хоёр антинейтроноос бүрдэх антигелиум-4 нийлэгжсэн байна. (Антигелиум-3-ыг Москвагийн ойролцоох Өндөр энергийн физикийн хүрээлэнд U-70 хурдасгуур дээр нийлэгжүүлсэн болохыг анхаарна уу. Энэ нь одоогийн байдлаар Орос дахь хамгийн өндөр энергитэй бөөмсийн хурдасгуур юм.)

Антиатомын нийлэгжилтэд бүр ч бага ахиц дэвшил гарсан. Одоогийн байдлаар зөвхөн антиустөрөгчийн атомууд нийлэгжсэн байна. Антиустөрөгчийн нэг атомыг зөвхөн 1995 онд Европын бөөмийн физикийн төвд (CERN) нийлэгжүүлсэн. 2002 онд 50 сая орчим устөрөгчийн эсрэг атом нийлэгжсэн үед жинхэнэ нээлт болсон. Түүнээс хойш CERN нь антиматерийн физик, химийн шинж чанарыг судлах чиглэлээр дэлхийд тэргүүлэгч болсон.

Эсрэг бөөмс ба байгалийн үндсэн хуулиуд

Орчин үеийн физикт тэгш хэм нь онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Квантын талбайн онолын хувьд хамгийн чухал тэгш хэмийн нэг нь CPT тэгш хэм гэж нэрлэгддэг тэгш хэм юм, өөрөөр хэлбэл бүх цэнэгийг нэгэн зэрэг эсрэг ©-ээр солих, орон зайн толин тусгал (P) ба цаг хугацааны урвуу өөрчлөлттэй холбоотой тэгш хэм юм. (Т). Зөвхөн CPT-тэгш хэмийн онолыг байгальд хэрэгжүүлэх боломжтой гэж үздэг. CPT тэгш хэм нь бөөмс ба эсрэг бөөмсүүд дагаж мөрдөх ёстой олон шинж чанарыг агуулдаг, жишээлбэл, хоёулангийнх нь массын тэгш байдал. Одоогийн байдлаар бие даасан эсрэг бөөмсүүд хэрхэн яаж ажилладаг нь сонирхолтой бөгөөд харин цөм, атом гэх мэт илүү төвөгтэй эсрэг биетүүд байдаг. Жишээлбэл, CERN нь устөрөгчийн эсрэг атомын спектроскопийн шинж чанарыг идэвхтэй судалж байна. CPT тэгш хэм нь эдгээр шинж чанарууд нь устөрөгчийн атомын шинж чанаруудтай яг ижил байхыг шаарддаг. Мөн устөрөгчийн атомтай адил устөрөгчийн атом дэлхийн таталцлын талбарт унах ёстой. Ийм туршилтыг одоо CERN-д хийж байна. Тэгэхээр CERN бол зөвхөн Том Адрон Коллайдер ба Хиггс бозон биш юм. Энэ нь мөн байгалийн үндсэн тэгш хэмийн шалгуур юм. Бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийг ойлгоход эдгээр тэгш хэм нь Хиггсийн бозоноос ч илүү чухал юм. Одоогийн байдлаар туршилтууд CPT тэгш хэмийг зөрчсөн ганц шинж тэмдгийг олж чадаагүй байна.

Одоо эргэн тойрноо харцгаая, өөр нэг байгалийн асуултыг өөрөөсөө асууцгаая: яагаад бид зөвхөн материар хүрээлэгдсэн байдаг вэ? Манай ертөнцөөс эсрэг бодис хаана алга болсон бэ? Энэ асуудлыг орчлон ертөнцийн барион тэгш бус байдал гэж нэрлэдэг. CPT теоремоос харахад Их тэсрэлтийн дараа ижил хэмжээний бодис ба эсрэг бодис байсан гэж хүлээх нь гэнэн хэрэг юм. Энэ нь эрт орой хэзээ нэгэн цагт дэлхий дахиныг устгаж магадгүй гэсэн үг юм. Зөвхөн бараг харилцан үйлчилдэггүй ганц фотонууд л амьгүй орчлон ертөнцөөр дайран өнгөрөх болно.

Барионы тэгш бус байдлын оньсого хараахан шийдэгдээгүй байна. Энд хэд хэдэн хариултыг санал болгож болно. Жишээлбэл, манай нарны аймаг материас бүрддэг бол манайхаас алслагдсан өөр нэг одны систем нь эсрэг бодисоос бүрддэг. Гэвч дараа нь ямар шалтгааны улмаас устаж үгүй ​​болохын оронд матери, антиматер орон зайд салахыг илүүд үзсэн нь тодорхойгүй байна вэ? Мөн одон орон судлаачид оддын эсрэг ертөнцийг ажигладаггүй.

Өөр нэг санааг 1967 онд Зөвлөлтийн академич, Нобелийн энх тайвны шагналт Андрей Дмитриевич Сахаров дэвшүүлсэн. Тэрээр энэ өгүүллийн эхэнд бидний ярьсан барионы тоо зөрчигдсөнийг санал болгосны зэрэгцээ хосолсон цэнэгийн © ба орон зайн (P) паритетыг зөрчсөн туршилтын баримтыг нэмж үзэв. Дараа нь тогтворгүй хэсгүүд нь тогтворгүй эсрэг хэсгүүдээс арай өөрөөр ялзарч болно. Энэ нь эцэстээ эсрэг бодисоос арай илүү матери байхад хангалттай болж хувирав. Үлдсэн бодис болон антиматер устгагдсан. Орчлон ертөнцийн бүх объектууд нь бага хэмжээний илүүдэл матераас бүрддэг. Одоогийн байдлаар Сахаровын онолыг нэмж, боловсруулж байна. Гэхдээ гол санаа нь өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Оддод эсрэг бодис дээр

Хүн төрөлхтөн одод руу нисэхийг мөрөөддөг гэвэл хэтрүүлсэн болохгүй. Гэхдээ хамгийн ойрын од болох Проксима Центаври хүртэл нарнаас ирэх гэрэл гурван жилээс илүү хугацаа зарцуулдаг. Бусад одод хол байдаг. Уран зөгнөгчид орон зай-цаг хугацааны хонгил, гипердрайв, арав дахь хэмжээс болон бусад тохиромжтой, гэхдээ харамсалтай нь зөвхөн төсөөллийн тээврийн хэрэгслийн тусламжтайгаар ийм аварга зайг амархан даван туулдаг. Бодит ертөнцөд анхны од судлаачдын сансрын хөлгүүд гэрэлтэй ижил орон зайд, болж өгвөл гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай явах ёстой байв. Үүний зэрэгцээ бид ийм сансрын хөлгийг хамгийн бага масстай байлгахыг хүсч байна. Ийм нөхцөлд сансрын хөлөгт эсрэг бодисоос илүү сайн түлш байхгүй. Үнэн хэрэгтээ, устгах явцад түлшний бүх масс нь гэрлийн хурдаар цоргоноос нисдэг фотон болж хувирдаг. Фотонууд сансрын хөлгийг гэрлийн хурдаас маш өндөр хурдтай хурдасгах ёстой. Энэ нь Proxima Centauri руу нисэх нь гучин жил болно гэсэн үг юм. Энэ бол маш их, гэхдээ од судлаачид нэг үеийнхээ хугацаанд эх дэлхийдээ буцаж ирэх цаг гарна. Дараа нь юу юм? Энэ нь 1950-1960-аад оны шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиол шиг байж болно: ихрүүдийн парадоксоос болж бараг хөгширдөггүй сансрын нисгэгчид, тэднийг дэлхий дээр криоген камерт хүлээж буй охидууд. Алтан жарны сансрын романс уу эсвэл хоёр мянга тавин оны өдөр тутмын хатуу ширүүн амьдрал уу? Гэхдээ энэ бүхэн зайлшгүй хоёр шийдэлтэй байх ёстой байсан ер бусын Диракийн тэгшитгэлээс эхэлсэн бөгөөд Карл Андерсон үүлний камерт хар тугалга хавтан оруулахыг таамаглаж байсан.

Позитрон буюу одоо түүнийг эсрэг электрон гэж нэрлэвэл илүү байдаг нь жижиг бөөмсийн шинж чанар гэж үзэх үндэслэл байгаагүй. Хэд хэдэн онцлог шинж чанаруудыг үл харгалзан нуклонуудын харилцан үйлчлэлийн онол нь электронуудын харилцан үйлчлэлийн онолтой ижил шугамын дагуу хөгждөг. Ихэнх онолын бүтээлүүдэд нуклонуудыг Диракийн электронуудын тэгшитгэлтэй нэлээд төстэй тэгшитгэлээр тайлбарлах ёстой гэж үздэг. Хэрэв тийм бол нуклонуудын хувьд ижил хэсэгт байрлах эсрэг бөөмс оршин тогтнохыг хүлээх хэрэгтэй

Позитрон ба электрон байрладаг протон ба нейтронтой харьцах харьцаа. Туршлагаас харахад энэ нь протоны хувьд яг ийм байдаг. Хэсэг хугацааны дараа нейтроноос соронзон моментийн чиглэлд ялгаатай антинейтроныг нээсэн (нейтроны хувьд соронзон момент ба эргэлтийн импульсийн вектор нь эсрэг параллель, эсрэгнейтроны хувьд параллель байна).

Цагаан будаа. 246. (скан харна уу)

Антипротоныг нээсэн нь ерөнхий санаа үнэн зөв болохыг харуулж байна - талбайн бөөмстэй салшгүй холбоотой. Яг л хос позитрон шиг -

нуклоныг сөрөг энергитэй төлөвөөс эерэг энергитэй төлөв рүү шилжүүлснээр электрон, протон-антипротон хос үүсч болно. Үүний тулд багагүй эрчим хүч шаардагдана. Энэ бол электрон-позитрон хос үүсгэхэд шаардагдах энергиэс 1840 дахин их энерги юм. Антипротоныг нээхийн тулд олон тэрбум электрон вольтын хурдасгуур шаардлагатай байв.

Протон антипротонтой таарвал тэд устах болно. Нуклонууд энергийг мезон талбараар дамжуулдаг тул устгах явцад тэдгээрийн масс ба энерги нь энэ талбайн квантууд болох мезонуудад өгөгдөнө.

Энэ үйл явцыг ойрын жилүүдэд нарийвчлан судална гэдэгт эргэлзэхгүй байна.

Зураг дээр. 246-д протон ба антипротоныг устгасан гэрэл зургийг харуулав. Уг процессыг шингэн пропанаар дүүргэсэн бөмбөлөгт камерт ажиглав. Процессын диаграммыг зүүн дээд буланд үзүүлэв.

Эсрэг бөөмс байх хэрэгцээний талаархи бодол нь нейтринодод ч хамаатай. "Толь" дүрсийг антинейтрино гэж нэрлэдэг. Давхаргыг бүрдүүлдэг бөөмсийн ялгаа нь нейтрон ба антинейтроныхтой ижил байна.

Давхар хэлбэрийн хувьд мюонууд, түүнчлэн бидний яриагүй бусад энгийн бөөмсүүд байдаг.

Мюонууд нь гурвалсан байдаг: мюон нь нэмэх ба хасах цэнэгтэй, тэгтэй тэнцүү цэнэгтэй сорт хэлбэрээр тохиолддог. Нейтрон ба нейтринооос ялгаатай нь эргэлтгүй саармаг мюон нь эсрэг бөөмстэй байж чадахгүй (мөн үүнийг хэлж болно: энэ нь түүний эсрэг бөөмстэй давхцдаг). "Тусгал"-гүй өөр нэг бөөмс бол фотон юм.

- цахилгаан цэнэгийн тэмдэг болон бусад шинж тэмдгүүдийн шинж тэмдгээр сүүлийнхээс ялгаатай энгийн энгийн бөөмсийн ихэрүүд. Бөөм ба эсрэг бөөмс нь ижил масс, эргэлт, амьдрах хугацаатай байдаг. Хэрэв бөөмс нь тэмдэг бүхий бусад дотоод квант шинж чанаруудаар тодорхойлогддог бол эсрэг бөөмийн хувьд эдгээр шинж чанаруудын утга ижил байна, гэхдээ тэмдгүүд нь эсрэг байна. Хэрэв бөөмс тогтворгүй бол (ялгарч байгаа бол) эсрэг бөөм нь бас тогтворгүй бөгөөд тэдгээрийн ашиглалтын хугацаа давхцаж, задрах аргууд нь давхцдаг (бөөмийн задралын схемд эсрэг бөөмс болгон солигдох хүртэл).
Энгийн бодис нь протон (p), нейтрон (n) ба электрон (e -) -ээс бүрдэнэ. Антиматер нь тэдгээрийн эсрэг бөөмс - антипротон (), антинейтрон () ба антиэлектрон (позитрон e +) -ээс бүрдэнэ. Аль бөөмсийг бөөмс, алийг нь эсрэг бөөм гэж үзэхийг сонгох нь нөхцөлт бөгөөд тохиромжтой байдлын үүднээс тодорхойлогддог. Эсрэг бөөмийн эсрэг бөөмс нь бөөмс юм. Бөөм ба эсрэг бөөмс мөргөлдөх үед тэд алга болж (устдаг), гамма квант болж хувирдаг.
Зарим тохиолдолд (жишээлбэл, фотон эсвэл π 0 -мезон гэх мэт) бөөмс ба эсрэг бөөмс бүрэн давхцдаг. Энэ нь фотон ба π 0 -мезон нь цахилгаан цэнэггүй, тэмдэг бүхий бусад дотоод шинж чанаруудтай холбоотой юм.

Онцлог шинж чанартай	Бөөм	Эсрэг бөөмс
Жин	М	М
Цахилгаан цэнэг	+(-)Q	-(+)Q
Ээрэх	Ж	Ж
Соронзон мөч	+(-)μ	-(+)μ
барион тоо	+Б	-Б
Лептоны тоо	+L e , +L μ , +L τ	-L e , -L μ , -L τ
Хачирхалтай	+(-)с	-(+)с
Сэтгэл татам	+(-)c	-(+)c
ёроол	+(-)б	-(+)б
дээд зэрэглэлийн	+(-)т	-(+)т
Изопин	I	I
Изоспины төсөөлөл	+(-) Би 3	-(+) Би 3
Паритет	+(-)	-(+)
Насан туршдаа	Т	Т
Эвдрэлийн схем		цэнэгийн коньюгат

Антиматер нь эсрэг бөөмс - антипротон, антинейтрон ба антиэлектрон - позитрон e + -ээс бүрдэнэ. Бөөм ба эсрэг бөөмс нь тэнцүү байна. Аль бөөмсийг бөөмс, алийг нь эсрэг бөөм гэж үзэхийг сонгох нь нөхцөлт бөгөөд тохиромжтой байдлын үүднээс тодорхойлогддог. Орчлон ертөнцийн ажиглагдаж болох хэсэгт бодис нь сөрөг цэнэгтэй электрон, эерэг цэнэгтэй протон, нейтроноос бүрддэг.
Электрон ба позитрон мөргөлдөх үед тэд алга болж (мөхөж) гамма квант болж хувирдаг. Хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг бөөмс, тухайлбал протон ба антипротоныг устгах явцад хэд хэдэн мезон π + , π - , π 0 , K + , K - , K 0 үүсдэг.

Үнэн хэрэгтээ бөөмс ба эсрэг бөөмсийн харилцан үйлчлэл нь фотоныг бий болгоход хүргэдэг гэсэн баталгаа нь электрон ба позитронуудын хувьд ч худал юм. Чөлөөт электрон-позитрон хос энерги нь хэт өндөр биш тохиолдолд л цахилгаан соронзон квант үүсэх замаар устана. Маш хурдан электрон ба позитронууд нь эерэг ба сөрөг пи-мезонууд (тэдгээр нь бас пионууд), нэмэх ба хасах-мюонууд, протон ба антипротонууд, тэр ч байтугай илүү хүнд хэсгүүдийг үүсгэх чадвартай - зөвхөн энерги л хангалттай байх болно. Устгах явцад удаан протон ба антипротонууд нь цэнэгтэй, төвийг сахисан пионуудыг (мөн хурдан нь бусад хэсгүүдэд) үүсгэдэг бөгөөд тэдгээр нь гамма квант, мюон, нейтрино болж задардаг. Зарчмын хувьд бөөмийн мөргөлдөөн, түүний эсрэг хуулбар нь тэгш хэмийн зарчмууд болон хадгалалтын хуулиудад хориглоогүй бөөмсийн аль ч хослолыг үүсгэж болно.

Устгах нь бусад бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлээс ялгаагүй мэт санагдаж болох ч энэ нь нэг үндсэн шинж чанартай байдаг. Тогтвортой тоосонцор, тухайлбал, протон, электронууд хоорондоо уулзахдаа бичил ертөнцийн чамин оршин суугчдын бороог бий болгохын тулд тэдгээрийг зохих ёсоор тараах хэрэгтэй. Удаан протонууд уулзахдаа хурдаа өөрчлөх болно - энэ нь асуудлын төгсгөл болно. Гэвч ойртож буй протон ба антипротон нь уян харимхай тарааж, сарнидаг, эсвэл устгаж, хоёрдогч бөөмс үүсгэдэг.

Дээр дурдсан бүх зүйл нь чөлөөт тоосонцорыг устгахад хамаарна. Хэрэв тэдгээрийн ядаж нэг нь квант системийн нэг хэсэг бол нөхцөл байдал зарчмын хувьд хэвээр байх боловч өөр хувилбарууд өөрчлөгддөг. Жишээлбэл, чөлөөт электрон ба чөлөөт позитроныг устгах нь зөвхөн нэг квантыг хэзээ ч үүсгэж чадахгүй - импульс хадгалагдах хууль үүнийг зөвшөөрдөггүй. Хэрэв та мөргөлдөж буй хосын инерцийн төвийн системд ажиллаж байгаа эсэхийг харахад хамгийн хялбар байдаг - тэгвэл анхны импульс нь тэгтэй тэнцүү байх тул нэг фотон хаашаа нисч байгаагаас үл хамааран түүний импульстэй давхцаж чадахгүй. Хэрэв позитрон нь устөрөгчийн атомын нэг хэсэг болох электронтой таарвал нэг фотоны устгал бас боломжтой - энэ тохиолдолд импульсийн нэг хэсэг нь атомын цөмд шилжинэ.

ANTIGRAV-ийн талаар юу хэлэх вэ?

Английн физикч Артур Шустер антиматерийг энгийн бодис таталцлын хүчээр түлхэдэг гэж үздэг байсан ч орчин үеийн шинжлэх ухаан үүнийг боломжгүй гэж үздэг. Бичил ертөнцийн хуулиудын тэгш хэмийн хамгийн ерөнхий зарчмуудаас харахад эсрэг бөөмс нь "эсрэг" угтваргүй бөөмс шиг таталцлын хүчээр бие биедээ татагдах ёстой. Бөөм ба эсрэг бөөмсийн таталцлын харилцан үйлчлэл гэж юу вэ гэсэн асуулт бүрэн шийдэгдээгүй байгаа ч хариулт нь бараг тодорхой байна.
Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолоос эхэлье. Энэ нь таталцлын болон инерцийн массын хатуу тэгш байдлын зарчим дээр суурилдаг бөгөөд энгийн материйн хувьд энэхүү мэдэгдлийг маш нарийн хэмжилтээр туршилтаар баталгаажуулсан. Бөөмийн инерцийн масс нь түүний эсрэг бөөмийн масстай яг тэнцүү байдаг тул таталцлын масс нь мөн адил тэнцүү байх магадлал маш өндөр юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь маш үнэмшилтэй ч гэсэн таамаглал хэвээр байгаа бөгөөд үүнийг харьцангуй ерөнхий онолын аргаар батлах боломжгүй юм.

Энэ нь устгах энергийн шинж чанартай цацрагийг бүртгэх эсвэл эсрэг бөөмсийг масс ба цэнэгээр шууд бүртгэх явдал юм. Антипротон ба антигелийн цөмүүд агаар мандлаар нисч чаддаггүй тул тэдгээрийг зөвхөн агаарын бөмбөлөг дээрх агаар мандлын өндөр давхаргад өргөсөн багажууд эсвэл Мир станцад хүргэсэн AMS-01 соронзон альфа спектрометр гэх мэт тойрог замын багажийн тусламжтайгаар илрүүлж болно. 1998 онд буюу ОУСС дээр ажиллаж эхлэх түүний маш сайжруулсан AMS-02 (зураг дээр).

АНТИМАТЕРИЙГ ХАЙХ ҮНДСЭН АРГА

Матери ба антиматерийн хоорондох таталцлын түлхэлтийн эсрэг өөр нэг аргумент нь квант механикаас гардаг. Адрон (хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдог бөөмс) нь глюоны холбоогоор наасан кваркуудаас бүрддэг гэдгийг санаарай. Барион бүр нь гурван кваркаас тогтдог бол мезон нь кварк ба антикваркуудын хосолсон хослолоос бүрдэх ба үргэлж ижил байдаггүй (кварк болон өөрийн антикваркаас бүрдэх мезон нь үнэхээр төвийг сахисан бөөмс юм. түүний эсрэг мезон руу). Гэсэн хэдий ч эдгээр кваркийн бүтцийг туйлын тогтвортой гэж үзэх боломжгүй юм. Жишээлбэл, протон нь тус бүр нь +2/3 энгийн цахилгаан цэнэг агуулсан хоёр u-кварк, -1/3 цэнэгтэй нэг d-кваркаас (тиймээс протоны цэнэг +1) бүрдэнэ. ). Гэсэн хэдий ч эдгээр кваркууд нь глюонуудтай харилцан үйлчлэлийн үр дүнд маш богино хугацаанд мөн чанараа өөрчилж чаддаг, ялангуяа тэд антикваркууд болж хувирдаг. Хэрэв бөөмс ба эсрэг бөөмс нь таталцлын хүчээр бие биенээ түлхэж байвал протоны жин (мөн мэдээжийн хэрэг нейтрон) бага зэрэг хэлбэлзэх ёстой. Гэсэн хэдий ч одоогоор нэг лабораторид ийм нөлөө илрээгүй байна.

Хэзээ нэгэн цагт Эрхэмсэг Туршилт энэ асуултад хариулна гэдэгт эргэлзэх зүйл алга. Илүү их антиматер хуримтлуулж, хуурай газрын таталцлын талбарт хэрхэн ажиллаж байгааг харахын тулд бидэнд бага зэрэг хэрэгтэй. Гэсэн хэдий ч техникийн хувьд эдгээр хэмжилтүүд нь гайхалтай нарийн төвөгтэй бөгөөд хэзээ хэрэгжих боломжтой болохыг таамаглахад хэцүү байдаг.

ТЭГЭЭД ЯМАР ЯЛГАА ВЭ?

Позитроныг нээсний дараа дөрөвний нэг зуун жилийн турш бараг бүх физикчид байгаль бөөмс ба эсрэг бөөмсийг ялгадаггүй гэдэгт итгэлтэй байсан. Бүр тодруулбал, бөөмстэй холбоотой аливаа физик процесс нь эсрэг бөөмстэй яг адилхан үйл явцтай тохирч, хоёулаа ижил магадлалаар явагддаг гэж үздэг. Хүчтэй, цахилгаан соронзон, сул ба таталцлын үндсэн дөрвөн харилцан үйлчлэлийн хувьд энэ зарчим ажиглагдаж байгааг туршилтын боломжтой өгөгдөл гэрчилж байна.
Тэгээд нэг дор бүх зүйл эрс өөрчлөгдсөн. 1956 онд Америкийн физикч Ли Жундао, Ян Женнинг нар Нобелийн шагналт бүтээлээ хэвлүүлж, тэдгээр нь ижил төстэй мэт санагдах тета мезон ба тау мезон гэсэн хоёр тоосонцор өөр өөр тооны пион болж задрахад хүндрэлтэй байгаа талаар ярилцсан байна. Хэрэв ийм ялзрал нь баруунаас хөргөх үед мөн чанар нь өөрчлөгддөг үйл явцтай, өөрөөр хэлбэл толин тусгалтай холбоотой гэж үзвэл энэ асуудлыг шийдэж болно гэж зохиогчид онцлон тэмдэглэв (хэсэг хугацааны дараа физикчид ерөнхийдөө үүнийг ойлгох хэрэгтэй гэдгийг ойлгосон. гурван координатын хавтгай тус бүрийн тусгалын тухай ярих - эсвэл ижил зүйл бол бүх орон зайн координатын тэмдгүүдийн өөрчлөлт, орон зайн урвуу байдлын тухай). Энэ нь толин тусгал хийх үйл явцыг хориглох эсвэл толин тусгал хийхээс өмнөх магадлалаас өөр магадлалтай гэсэн үг юм. Жилийн дараа Америкийн туршилтчид (бие даасан хоёр бүлэгт багтаж, өөр өөр аргаар ажилладаг) ийм үйл явц байдаг гэдгийг баталжээ.
Энэ дөнгөж эхлэл байсан. Үүний зэрэгцээ, ЗСБНХУ, АНУ-ын онолын физикчид толин тусгал тэгш хэмийг зөрчих нь бөөмсийг эсрэг бөөмсөөр солихтой холбоотой тэгш хэмийг зөрчих боломжтой болохыг олж мэдсэн бөгөөд энэ нь туршилтаар олон удаа нотлогдсон. Ли, Ян хоёроос удалгүй, гэхдээ 1956 онд толины тэгш хэмийг эвдэх боломжийг туршилтын физикч Мартин Блок, агуу онолч Ричард Фейнман нар хэлэлцсэн боловч эдгээр санааг хэзээ ч нийтлээгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

2010 онд явагдсан хамгийн сүүлийн нислэгийн нэг (STS-134)-ийн үеэр шинжлэх ухааны шинэ багаж болох Альфа соронзон спектрометр (AMS-02, Альфа соронзон спектрометр) ОУСС-д хүргэгдэнэ. Түүний AMS-01 прототипийг 1998 онд Мир сансрын станцад хүргэж, концепцийн гүйцэтгэлийг баталгаажуулсан. Шинжлэх ухааны хөтөлбөрийн гол зорилго нь сансар огторгуйн цацрагийн найрлагыг өндөр нарийвчлалтай судлах, хэмжих, түүнчлэн материйн чамин хэлбэрүүд болох харанхуй матери, хачирхалтай бодис (хачирхалтай (х) кварк агуулсан бөөмс) хайх явдал юм. түүнчлэн антиматер - ялангуяа антигелийн цөм.

AMS TO ISS

Физикчид толины тусгалыг латин P үсгээр, бөөмсийг эсрэг бөөмсөөр нь солихыг С үсгээр тэмдэглэдэг уламжлалтай. Хоёр тэгш хэм нь зөвхөн атомын цөмийн бета задралыг хариуцдаг сул харилцан үйлчлэлтэй холбоотой процессуудад зөрчигддөг. Энэ нь сул харилцан үйлчлэлийн улмаас бөөмс ба эсрэг бөөмсийн зан төлөвт ялгаатай байдаг гэсэн үг юм.
Толин тусгал тэгш хэмийн хачирхалтай зөрчил нь түүнийг ямар нэгэн байдлаар нөхөх оролдлогыг бий болгосон. Аль хэдийн 1956 онд Ли, Ян, бие даан Лев Ландау нар C ба P хувиргалтыг (CP тэгш хэм гэж нэрлэдэг) хамтран хэрэгжүүлэх замаар бие биенээсээ олж авсан системийг байгальд ялгадаггүй гэж санал болгосон. Онолын үүднээс авч үзвэл энэ таамаглал нь маш үнэмшилтэй харагдаж байсан бөгөөд үүнээс гадна туршилтын өгөгдөлтэй сайн тохирч байв. Гэсэн хэдий ч ердөө найман жилийн дараа Брукхэвений үндэсний лабораторийн ажилчид цэнэггүй К-мезонуудын нэг нь (эсвэл тэдгээрийг бас каон гэж нэрлэдэг) пион хос болж задарч болохыг олж мэдэв. CP-тэгш хэмийг хатуу дагаж мөрдвөл ийм өөрчлөлт хийх боломжгүй тул энэ тэгш хэм нь бүх нийтийнх биш юм! Үнэн бол хориотой ялзралын эзлэх хувь 0.2% -иас хэтрэхгүй байсан ч тэд үргэлжилсээр байна! Энэхүү нээлт нь Брукхавен багийн удирдагч Жеймс Кронин, Вал Фитч нар Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртжээ.

СИМЕТР БА АНТИМАТЕР

CP-тэгш хэмийн зөрчил нь бодис ба антиматерийн ялгаанаас шууд хамааралтай байдаг. 1990-ээд оны сүүлээр CERN-д K 0 саармаг каонуудтай маш үзэсгэлэнтэй туршилт хийгдсэн бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь д кварк ба илүү хачирхалтай антикваркаас бүрддэг. Байгалийн хуулиуд нь антикварк эрчим хүчнийхээ зарим хэсгийг алдаж, анти-д болж хувирахыг зөвшөөрдөг. Гарсан энергийг каоныг задлахад ашиглаж болох ч хөрш зэргэлдээх д-кварк түүнийг шингээж, хачирхалтай кварк болж хувирах магадлалтай. Үүний үр дүнд анти-д-кварк ба хачирхалтай кварк, өөрөөр хэлбэл төвийг сахисан антикаоноос бүрдэх бөөмс гарч ирнэ. Албан ёсоор бол энэхүү өөрчлөлтийг CP хувиргалтыг каон дээр хэрэглэсний үр дүн гэж тодорхойлж болно!
Тиймээс хэрэв CP тэгш хэмийг туйлын хатуу ажиглавал саармаг каонууд K 0 нь урвуу хувиргалттай яг ижил магадлалтайгаар эсрэг бөөмс болж хувирдаг. CP-тэгш хэмийн аливаа зөрчил нь эдгээр магадлалын аль нэгийг өөрчлөхөд хүргэнэ. Хэрэв бид тэнцүү тооны саармаг каон ба антикаонуудын цацрагийг бэлтгэж, хоёр бөөмийн концентрацийн динамикийг дагаж мөрдвөл тэдгээрийн квант хэлбэлзэл нь CP тэгш хэмийг хүндэтгэж байгаа эсэхийг олж мэдэх боломжтой.

CERN-ийн физикчид яг ийм зүйл хийсэн. Тэд төвийг сахисан антикаонууд антикаон болж хувирахаас арай хурдан каон болдог болохыг олж мэдсэн. Өөрөөр хэлбэл, антиматер нь матери болохоос илүү хурдан матери болж хувирдаг процесс нээгдсэн! Бодис ба антиматерийн эхэн үед тэнцүү хэсгүүдтэй холилдоход цаг хугацаа өнгөрөхөд жижиг боловч хэмжигдэхүйц хэмжээний илүүдэл бодис үүсдэг. Үүнтэй ижил нөлөө нь бусад хүнд төвийг сахисан хэсгүүд болох D 0 - мезон ба В 0 - мезонуудтай хийсэн туршилтаар илэрсэн.
Ийнхүү 20-р зууны эцэс гэхэд сул харилцан үйлчлэл нь бөөмс болон эсрэг бөөмсүүдэд өөр өөр нөлөө үзүүлдэг болохыг туршилтчид үнэмшилтэйгээр нотолсон. Хэдийгээр эдгээр ялгаа нь өөрөө маш өчүүхэн бөгөөд маш чамин бөөмсийн тодорхой өөрчлөлтийн явцад л илэрдэг боловч тэдгээр нь бүгд бодитой юм. Энэ нь бодис ба антиматерийн хооронд физик тэгш бус байдал байгаа гэсэн үг юм.
Зургийг дуусгахын тулд өөр нэг нөхцөл байдлыг анхаарч үзэх хэрэгтэй. 1950-иад онд харьцангуй квант механикийн хамгийн чухал санал болох CPT теорем батлагдсан. Энэ нь бөөмс ба эсрэг бөөмс нь CP хувиралтай, дараа нь цаг хугацааны урвуутай холбоотой хатуу тэгш хэмтэй байдаг (хатуухан хэлэхэд энэ теорем нь таталцлын хүчийг тооцохгүйгээр зөвхөн үнэн юм, эс тэгвээс асуулт нээлттэй хэвээр байна). Тиймээс, хэрэв зарим процесст CP-тэгш хэмийг хүндэтгэдэггүй бол "урагш" ба "урвуу" чиглэлд хурд нь ижил байх ёсгүй (энэ нь мэдээжийн хэрэг хоёулаа тохиролцсон асуудал юм). Үүнийг CERN-д төвийг сахисан каонуудтай хийсэн туршилтууд батлав.

ЭСРЭГ ДЭЛХИЙ ХААНА ВЭ?

1933 онд Пол Дирак манай орчлонд бүхэл бүтэн антиматерийн арлууд байдаг гэдэгт итгэлтэй байсан бөгөөд энэ тухай Нобелийн лекцэндээ дурдсан байдаг. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн эрдэмтэд ийм арлууд манай Галактикт ч байхгүй гэж үздэг. Мэдээжийн хэрэг, эсрэг бодис байдаг. Эсрэг бөөмсүүд нь оддын түлшний термоядролын шаталт, хэт шинэ одны дэлбэрэлт зэрэг өндөр энергитэй олон процессын үр дүнд үүсдэг. Тэд нейтрон одод, хар нүхийг тойрсон соронзлогдсон плазмын үүлэн дунд, од хоорондын орон зайд хурдан сансрын хэсгүүдийн мөргөлдөх үед, дэлхийн агаар мандлыг сансрын туяагаар бөмбөгдөх үед, эцэст нь хурдасгуур дээр туршилт хийх үед үүсдэг. Нэмж дурдахад зарим радионуклидуудын задрал нь эсрэг бөөмс, тухайлбал позитрон үүсэх дагалддаг. Гэхдээ энэ бүхэн зөвхөн эсрэг бөөмс бөгөөд ямар ч тохиолдолд эсрэг бодис биш юм. Одоог хүртэл хэн ч илүү хүнд элементүүд битгий хэл сансрын антигелиумыг ч илрүүлж чадаагүй байна. Сансар огторгуйн бөөгнөрөл ба антиматерийн хил хязгаарт устаж үгүй ​​болсноос үүдэн тодорхой спектртэй гамма цацрагийг хайж олох нь бас амжилтгүй болсон.

ДЭЛХИЙН ҮҮ, ЭСРЭГ ДЭЛХИЙН ҮҮ?

Ухаалаг амьдралтай гариг ​​руу ойртож буй од хоорондын хөлөг онгоцон дээр нисч байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Ах нар маань юунаас бүтдэгийг яаж олж мэдэх вэ - матери эсвэл эсрэг бодис уу? Та тагнуулын датчик илгээж болно, гэхдээ хэрэв агаар мандалд дэлбэрвэл бид Кшиштоф Боруны "Ертөнцийн эсрэг" шинжлэх ухааны зөгнөлт роман дээр гардаг шиг сансрын түрэмгийлэгч гэж үзэж магадгүй юм. Үүнтэй ижил төвийг сахисан каон ба антикаонуудыг ашигласнаар үүнээс зайлсхийх боломжтой. Өмнө дурьдсанчлан, тэд бие биенээ хувиргах төдийгүй задрах чадвартай, янз бүрийн аргаар. Ийм задралын үед нейтрино нь эерэг пион ба электронууд эсвэл сөрөг пион ба позитронууд дагалддаг. Бодис ба антиматер хоёрын тэгш бус байдлаас шалтгаалан ийм урвалын хурд арай өөр байдаг. Энэ нөхцөл байдлыг "лакмус цаас" болгон ашиглаж болно. Гараг материаллаг байдлын эсрэг туршихын тулд цэвэр каон ба антикаонуудыг бус харин тэдгээрийн холимог төлөвийг авах нь тохиромжтой; тэдгээрийг K S ба K L (S - богино, L - урт) гэж тодорхойлсон. Баримт нь L төлөвт бөөмийн амьдрах хугацаа S төлөвөөс 570 дахин урт байдаг (5.12 x 10 -8 сек, 8.95 x 10 -11 сек). Каонуудын урт хугацааны хувилбарт бодис ба антиматерийн тэгш хэм нь илүү хүчтэй байдаг - хүссэн төрлийн 10,000 задрал тутамд ойролцоогоор 5015 нь позитрон, 4985 электрон үүсгэдэг. Дашрамд хэлэхэд Кронин, Финч нарын түүхэн туршилтыг мөн К-мезон дээр хийсэн. Одоо яриагаа эхэлцгээе. Каонууд нь протоныхоос хагасаас илүү жинтэй байдаг. Хамгийн энгийн атомуудын цөмийн массаас арай том, тогтворгүй саармаг бөөмс хэрэгтэй гэдгийг ах нарт тайлбарлая. Харь гаригийн физикчид К-мезонуудыг гаргаж, тэдгээрийн задралын шинж чанарыг тодорхойлно. Эдгээр задралд үүссэн хамгийн хөнгөн цэнэглэгдсэн бөөмсийн цахилгаан цэнэгийн тэмдэг нь эсрэг талын ижил төстэй бөөмсөөс арай илүү байдаг нь тэдний ертөнцийн атомуудыг бүрдүүлдэг бөөмсийн тэмдэгтэй давхцаж байгаа эсэхийг бид асуух болно. . Эерэг хариулттай тохиолдолд позитронууд нь тэдний атомуудын нэг хэсэг бөгөөд харь гаригийнхан антиматераас бүрддэг нь бидэнд тодорхой болно. Хэрэв хариулт сөрөг байвал та буухад бэлдэж болно!

ДЭЛХИЙН ҮҮ, ЭСРЭГ ДЭЛХИЙН ҮҮ?

Гарал үүсэл нь үл мэдэгдэх сансар огторгуйн эсрэг бөөмсийн стандарт бус анхдагч эх сурвалжийг нээсэн тухай шинжлэх ухааны ном зохиолд үе үе гардаг. 2009 оны 4-р сард PAMELA детекторын цогцолбороор илрүүлсэн маш хурдан позитронуудын нууцлаг илүүдэлтэй холбоотой мэдээлэл нийтлэгдсэн. Энэ төхөөрөмжийг 2006 оны 6-р сарын 15-нд Байконур сансрын буудлаас дэлхийн ойрын тойрог замд илгээсэн Оросын Resurs-DK хиймэл дагуулын тавцан дээр байрлуулсан. Зарим шинжээчид энэ үр дүнг таамагласан харанхуй материйн бөөмс устаж үгүй ​​болох нотолгоо гэж тайлбарлаж байсан ч удалгүй арай чамин тайлбар гарч ирэв. Энэхүү таамаглалыг Италийн Цөмийн Физикийн Үндэсний Хүрээлэнгийн нэг хэсэг болох Гран Сассо үндэсний лабораторийн сансрын цацрагийн нэрт мэргэжилтэн Вениамин Березинский тайлбарлав: "Галактикийн сансрын цацрагийг үйлдвэрлэх стандарт загвар нь гурван байрлал дээр суурилдаг. Суперновагийн үлдэгдэл нь цэнэгтэй бөөмсийн анхны бөгөөд гол эх үүсвэр гэж тооцогддог.Хоёр дахь санаа - тэсрэлтээс хойшхи цочролын долгионы фронтод бөөмс хэт релятивист хурд хүртэл хурдасдаг бөгөөд энэ хурдатгалд өөрийн соронзон орны үүрэг маш том байдаг.Гурав дахь Сансар огторгуйн туяа тархах замаар тархдаг гэсэн байр суурьтай байна.Миний хуучин шавь, одоо Үндэсний астрофизикийн хүрээлэнгийн профессор Паскуале Бласи PAMELA цогцолборын илрүүлсэн позитроны илүүдэл нь энэ загвартай нэлээд нийцэж байгааг харуулсан. сансрын хийн тоосонцор бөгөөд тэдний хурдатгалын энэ бүсэд тэдгээр нь задрах эерэг пион болж хувирдаг. позитрон ба нейтрино үүсэхтэй tsya. Блэйзигийн тооцоолсноор, энэ үйл явц нь ПАМЕЛА-гийн олсон позитроны яг ижил концентрацийг маш сайн гаргаж чадна. Позитрон үүсгэх ийм механизм нь туйлын байгалийн мэт харагддаг боловч зарим шалтгааны улмаас өнөөг хүртэл хэний ч санаанд орж байгаагүй юм. Бласи мөн ижил процессууд нь илүүдэл антипротоныг үүсгэх ёстойг харуулсан. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн үйлдвэрлэлийн хөндлөн огтлол нь позитронуудын харгалзах утгаас хамаагүй бага байдаг тул тэдгээрийг зөвхөн өндөр энергитэй үед илрүүлэх боломжтой байдаг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд боломжтой болно гэж бодож байна."
Ерөнхийдөө одоог хүртэл бүх зүйл огторгуйд ямар ч эсрэг од, гаригийн эсрэг, тэр ч байтугай хамгийн жижиг эсрэг солирууд байдаггүй гэдгийг харуулж байна. Нөгөөтэйгүүр, ердийн Big Bang загварууд төрсний дараахан манай орчлонд ижил тооны бөөмс болон эсрэг бөөмс агуулагдаж байсан гэж үздэг. Тэгвэл яагаад эхнийх нь амьд үлдэж, хоёр дахь нь алга болсон бэ?