Antimaterjal on nagu aine igal viisil. Need moodustati üheaegselt ja ühest allikast. Selle tulemusel on ühte palju ja teist praktiliselt pole. Sellel peab olema mingi selgitus.
Kõik, millega me oma elus kokku puutume, on tehtud ainest. Tass, mida meie käes hoiame, koosneb molekulidest, molekulidest - aatomitest, aatomitest, vastupidiselt nende nimele (kreeka keeles tähendab „aatom“jagamatut) - elektronidest, prootonitest ja neutronitest. Viimaseid kahte nimetatakse teadlaste poolt "barononiteks". Neid saab jagada veelgi, kvarkideks ja võib-olla veelgi, kuid praegu me jääme selle juurde mõtlema. Koos moodustavad nad mateeria.
Nagu kõik meie lugejad teavad, on ainel antipood - antimaterjal. Kui nad kokku puutuvad, hävitavad nad väga suure energia vabanemise - nad hävitavad. Füüsikute arvutuste kohaselt võib Maad tabanud tellise suurune antimaterjalitükk põhjustada vesinikupommi plahvatusele sarnast mõju. Kõigis muus osas on antipoodid sarnased: antimaterjalil on mass, füüsikaseadused kehtivad sellele täielikult, kuid selle elektrilaeng on vastupidine. Antiprotoni korral on see negatiivne ja positroni (antielektroni) puhul positiivne. Ja ka antimaterjali meie ümbritsevas reaalsuses praktiliselt ei esine.
Antimaterjali otsimine
Või on see kuskil seal? Selles eelduses pole midagi võimatut, kuid me elame maailmas, kuigi me ei saa oma antipoodidega käsi suruda. On täiesti võimalik, et nad elavad ka kuskil.
Tõenäoliselt koosnevad kõik täna vaadeldavad galaktikad tavalisest ainest. Vastasel juhul oleks nende piirid ümbritseva ainega peaaegu pideva hävimise tsoon, see oleks kaugelt nähtav. Maa vaatluskeskused registreeriksid hävitamise käigus tekkinud energiakvandid. Kuni seda ei juhtu.
Tõendusmaterjal antimaterjali märgatavate koguste olemasolu kohta Universumis võiks olla avastus kusagil kosmoses (Maal on aine kõrge tiheduse tõttu antiheeliumituumade otsimine ilmselgelt kasutu). Kaks antiprotooni, kaks antineutronit. Sellist tuuma moodustavaid antiosakesi toodetakse regulaarselt suure energiaga osakeste kokkupõrgetel maapealses kiirendis ja loomulikult siis, kui ainet pommitavad kosmilised kiired. Nende avastus ei ütle meile midagi. Kuid antiheeliumi saab moodustada samal viisil, kui neli selle koostisosakest sünnivad samaaegselt ühes kohas. Seda ei saa nimetada täiesti võimatuks, kuid selline sündmus toimub kogu Universumis umbes kord viieteistkümne miljardi aasta jooksul, mis on üsna võrreldav selle olemasolu ajaga.
Reklaamvideo:
Ettevalmistus kosmoseosakeste detektoriga õhupalli laskmiseks BESSi eksperimendi käigus. Detektor on esiplaanil nähtav ja kaalub 3 tonni. / & copy; i.wp-b.com
Seetõttu võib antiheeliumi avastamist pidada isegi kui antipoodide tervitusviisiks, kui tõendiks, et kuskil kosmose sügavuses hõljub tükis korraliku suurusega antimaterjali. Nii et see lendas sealt edasi.
Paraku pole korduvad katsed leida antiheeliumi atmosfääri ülemistes kihtides või sellele lähenemisel veel edu. Muidugi on see juhtum, kui "püssirohu jälgede puudumine kätel ei tõenda midagi". Võib juhtuda, et lennata oli lihtsalt väga kaugele (miljardite valgusaastate järjekorras) ja väikese planeedi väikesesse detektorisse sattumine on veelgi raskem. Ja kindlasti, kui detektor oleks tundlikum (ja kallim), oleks meie eduvõimalused suuremad.
Antitähed, kui need juhtusid olema looduses, tekitavad termotuumareaktsioonide käigus samad antineutrinode voog kui tavalistel tähtedel - nende antipoodide voog. Samad antineutrinoid peaksid moodustuma antisupernova plahvatuste ajal. Siiani pole ei üht ega teist avastatud, kuid tuleb märkida, et neutriinoastronoomia astub üldiselt oma esimesi samme.
Detektor Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanada. / & copy; squarespace.com
Igal juhul pole meil veel usaldusväärset teavet selle kohta, kas Universumis on olemas märkimisväärses koguses antimaterjali.
See on hea ja halb samal ajal. See on halb, sest tänapäevaste kontseptsioonide kohaselt moodustusid esimestel hetkedel pärast suurt pauku nii mateeria kui ka antimaterjal. Seejärel hävitasid nad kosmilise kiirguse relikti. Selles sisalduvate footonite arv on väga suur, see on umbes miljard korda suurem kui universumis asuvate baroonide (s.o prootonite ja neutronite) arv. Teisisõnu, millalgi, aegade alguses, osutus universumis sisalduv aine miljardi antimaterjali rohkem. Siis kadusid kõik "üleliigsed", hävitati ja järele jäi üks miljardik osa. Tulemuseks on erikirjanduses nn barüoni asümmeetria.
Füüsikute jaoks on tasakaalustamatus probleem, kuna seda tuleb kuidagi selgitada. Vähemalt nende objektide puhul, mis käituvad muus osas sümmeetriliselt.
Ja meie (ka füüsikute) jaoks on see hea, sest samade aine- ja antimaterjalide hulga korral hävitataks täielik seisund, Universum oleks tühi ja poleks kedagi, kes küsimusi esitaks.
Sahharovi tingimused
Teadlased mõistsid suure kosmoloogilise probleemi olemasolu millalgi 20. sajandi keskel. Tingimused, mille alusel universum saab selliseks, nagu me seda näeme, sõnastas Andrei Saharov 1967. aastal ja on sellest ajast alates olnud vähemalt vene ja inglise keeles temaatilise kirjanduse "ühine koht". Väga lihtsustatud kujul näevad nad välja sellised.
Esiteks toimivad füüsikaseadused mõnel tingimusel, mis tõenäoliselt eksisteerisid varases universumis, mateeria ja antimaterjali osas erinevalt.
Teiseks, sel juhul ei pruugi baroonide arv konserveeruda, s.o baroonide arv pärast reaktsiooni ei ole võrdne eelnevaga.
Kolmandaks, protsess peab toimuma plahvatuslikult, see tähendab, et see peab olema tasakaalust väljas. See on oluline, kuna tasakaalus kipuvad ainete kontsentratsioonid võrdsustuma ja peame saama midagi muud.
A. D. Sahharov, 1960ndate lõpp. / & copy; thematicnews.com
Sellega lõpeb selgituse üldtunnustatud osa ja siis valitsevad hüpoteesid poole sajandi pärast. Praegu kõige autoriteetsem seostab juhtunu elektrilöögi interaktsiooniga. Vaatame teda lähemalt.
Keemise ruum
Meie asjaga juhtunu selgitamiseks peame kurnama oma kujutlusvõimet ja ette kujutama, et Universumis on teatud väli. Selle olemasolust ja omadustest ei tea me veel midagi, välja arvatud see, et see on seotud aine ja antimaterjali jaotumisega ruumis ja sarnaneb mingil määral temperatuuriga, millega oleme harjunud, eriti võib see võtta suuremaid ja väiksemaid väärtusi, kuni teatud tasemeni, mida saab võrrelda keemispunkt.
Esialgu on universumis olev aine segatud olekus. Ümberringi on väga “kuum” - tsitaadid võiks siin ära jätta, kuna ka tavaline temperatuur on väga kõrge, kuid me räägime selle kujuteldavast analoogist. See analoog "keeb" - maksimaalne väärtus.
Ruumi laienedes hakkavad „tilgad“kondenseeruma esialgsest aurust, milles see on „jahedam“. Siiani näeb kõik välja täpselt samamoodi nagu veega - kui ülekuumendatud aur on anumas, mille maht suureneb piisavalt kiiresti, toimub adiabaatiline jahutus. Kui see on piisavalt tugev, kukub osa veest välja vedelikuna.
Aurust kondenseerunud vesi. / & copy; 3.bp.blogspot.com
Midagi sarnast juhtub kosmoses oleva mateeriaga. Universumi mahu kasvades suureneb "tilkade" arv ja suurus. Kuid siis algab midagi, millel pole analooge maailmas, millega oleme harjunud.
Osakeste ja antiosakeste "tilkadesse" tungimise tingimused pole samad, osakeste jaoks on seda pisut lihtsam teha. Selle tagajärjel rikutakse kontsentratsioonide esialgset võrdsust, kondenseerunud "vedelikus" on natuke rohkem ainet ja "keemisfaasis" - selle antipood. Sel juhul püsib baroonide koguarv muutumatuna.
Ja siis "keemisfaasis" hakkavad toimima interakteeruvate elektriväljaväljade kvantmõjud, mis, näib, ei tohiks muuta baroonide arvu, vaid tegelikult võrdsustada osakeste ja antiosakeste arvu. Rangelt võttes toimub see protsess ka nn tilkadena, kuid seal pole see nii tõhus. Nii väheneb antiosakeste koguarv. See on kirjutatud lühidalt ja muidugi väga lihtsustatult, tegelikult on kõik palju huvitavam, kuid me ei süvene nüüd süvitsi.
Olukorra selgitamisel on võtmetähtsusega kaks mõju. Elektrihäire interaktsioonide kvantanomaalia on täheldatud fakt, see avastati juba 1976. aastal. Erinevus osakeste kondensatsioonitsooni tungimise tõenäosuses on arvutatud fakt ja seega hüpoteetiline. Välja ennast, mis "keeb" ja seejärel jahutab, pole veel tuvastatud. Teooria kujundamisel eeldati, et see on Higgsi väli, kuid pärast kuulsa bosoni avastamist selgus, et sellel polnud midagi pistmist. On täiesti võimalik, et selle avamine ootab endiselt tiibu. Või äkki mitte - ja siis peavad kosmoloogid leiutama muid seletusi. Universum on seda viisteist miljardit aastat oodanud, see võib oodata veel ühte.
Sergei Sysoev
