Antihmota je ako látka vo všetkých ohľadoch. Boli tvorené súčasne az jedného zdroja. Výsledkom je, že existuje veľa a prakticky neexistuje žiadny iný. Musí to byť nejako vysvetlené.
Všetko, s čím v našom živote prídeme do styku, je vyrobené z hmoty. Pohár, ktorý držíme v ruke, sa skladá z molekúl, molekúl - atómov, atómov, na rozdiel od ich názvu (v gréččine „atóm“znamená „neoddeliteľné“) - elektrónov, protónov a neutrónov. Posledné dva vedci nazývajú „baryony“. Môžu sa ďalej deliť na kvarky a možno ešte viac, ale zatiaľ sa budeme venovať tejto téme. Spoločne tvoria hmotu.
Ako všetci naši čitatelia vedia, hmota má antipód - antihmotu. Keď prídu do styku, zničia sa uvoľnením veľmi veľkej energie - zničia sa. Podľa výpočtov fyzikov môže kus antihmoty s veľkosťou tehly, ktorá zasiahla Zem, spôsobiť podobný výbuch vodíkovej bomby. Vo všetkých ostatných ohľadoch sú antipódy podobné: antihmota má hmotnosť, na ňu sa vzťahujú zákony fyziky, ale jej elektrický náboj je opačný. Pre antiprotón je negatívny a pre pozitrón (antielektron) pozitívny. A antihmota sa v skutočnosti okolo nás prakticky nevyskytuje.
Hľadanie antihmoty
Alebo je to niekde tam? V takomto predpoklade nie je nič nemožné, ale žijeme vo svete, aj keď s našimi antipódmi si nemôžeme potriasť rukou. Je celkom možné, že niekde žijú.
Pravdepodobne všetky dnes pozorované galaxie pozostávajú z obyčajnej hmoty. Inak by ich hranice boli zónou takmer nepretržitého ničenia okolitej hmoty, bolo by to z diaľky viditeľné. Na observatóriách Zeme by sa zaznamenala energetická kvanta vytvorená počas zničenia. Kým sa tak nestane.
Dôkazom prítomnosti viditeľného množstva antihmoty vo vesmíre môže byť objav niekde vo vesmíre (na Zemi je kvôli vysokej hustote hmoty zjavne zbytočné hľadať jadrá antihelia). Dva antiprotóny, dva antineutróny. Antičastice, ktoré tvoria také jadro, sa pravidelne vyrábajú pri zrážkach vysokoenergetických častíc v pozemských urýchľovačoch a samozrejme, keď je hmota bombardovaná kozmickými lúčmi. Ich objav nám nič nehovorí. Antihelium sa však môže vytvoriť rovnakým spôsobom, ak sa súčasne na jednom mieste narodia štyri jeho častice. Nemožno to nazvať úplne nemožným, ale takáto udalosť v celom vesmíre sa stane asi raz za každých pätnásť miliárd rokov, čo je celkom porovnateľné s časom jej existencie.
Propagačné video:
Príprava na spustenie balóna s detektorom vesmírnych častíc ako súčasť experimentu BESS. Detektor je viditeľný v popredí a váži 3 tony. / & copy; i.wp-b.com
Preto sa detekcia antihelia dá považovať za pozdrav antipódov, potom za dôkaz, že niekde v hĺbkach vesmíru pláva kus antihmoty slušnej veľkosti. Odtiaľto odleteli.
Bohužiaľ, opakované pokusy o hľadanie antihelia v horných vrstvách zemskej atmosféry alebo o prístupe k nej ešte nepriniesli úspech. Toto je samozrejme prípad, keď „neprítomnosť stôp strelného prachu na rukách nič nedokazuje.“Je možné, že letel veľmi ďaleko (rádovo miliárd svetelných rokov) a dostať sa do malého detektora na malej planéte je ešte zložitejšie. A keby bol detektor citlivejší (a drahší), naše šance na úspech by boli vyššie.
Antihviezdy, ak by náhodou boli v prírode, by v priebehu termonukleárnych reakcií generovali rovnaký tok antineutrín ako obyčajné hviezdy - tok ich antipódov. Počas antisupernovových výbuchov by sa mali vytvárať rovnaké antineutríny. Doteraz nebol objavený ani jeden, ani druhý, treba však poznamenať, že neutrínová astronómia spravidla robí prvé kroky.
Observatórium detektora Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanada. / & copy; squarespace.com
V žiadnom prípade zatiaľ nemáme spoľahlivé informácie o existencii akýchkoľvek významných množstiev antihmoty vo vesmíre.
Zároveň je to dobré aj zlé. Je to zlé, pretože podľa moderných koncepcií sa v prvých chvíľach po Veľkom tresku formovala hmota aj antihmota. Následne sa zničili, čo viedlo k reliktnému kozmickému žiareniu. Počet fotónov v ňom je veľmi veľký, je asi miliónkrát väčší ako počet baryónov (t. J. Protónov a neutrónov) vo vesmíre. Inými slovami, niekedy, na začiatku času, sa látka vo vesmíre ukázala byť o jednu miliardu viac ako antihmota. Potom všetky „zbytočné“zmizli, zničili a zostala jedna miliardtina. Výsledkom je to, čo sa v odbornej literatúre nazýva baryonová asymetria.
Pre fyzikov je nerovnováha problémom, pretože sa musí nejako vysvetliť. Aspoň v prípade predmetov, ktoré sa vo všetkých ostatných ohľadoch správajú symetricky.
A pre nás (vrátane fyzikov) je to dobré, pretože pri rovnakom množstve hmoty a antihmoty by došlo k úplnému zničeniu, vesmír by bol prázdny a nebolo by nikoho klásť otázky.
Sacharovove podmienky
Vedci si uvedomili existenciu veľkého kozmologického problému niekedy v polovici 20. storočia. Podmienky, za ktorých sa vesmír stáva takým, aký vidíme, formuloval Andrei Sacharov v roku 1967 a odvtedy sú „spoločným miestom“tematickej literatúry, aspoň v ruštine a angličtine. Vo veľmi zjednodušenej podobe vyzerajú takto.
Po prvé, za určitých podmienok, ktoré pravdepodobne existovali v ranom vesmíre, zákony fyziky stále fungujú odlišne pre hmotu a antihmotu.
Po druhé, v tomto prípade sa nemusí počet baryónov zachovať, t. J. Počet baryónov po reakcii sa nerovná počtu pred baryónmi.
Po tretie, proces musí prebiehať výbušným spôsobom, to znamená, že musí byť v rovnováhe. Je to dôležité, pretože v rovnováhe majú koncentrácie látok tendenciu vyrovnať sa a my potrebujeme získať niečo iné.
A. Sacharov, koniec 60. rokov. / & copy; thematicnews.com
Tu končí všeobecne akceptovaná časť vysvetlenia a potom panujú hypotézy o pol storočia. Najviac autoritatívny v súčasnosti spája incident s electroweak interakciou. Pozrime sa na ňu bližšie.
Varný priestor
Aby sme vysvetlili, čo sa stalo s našou záležitosťou, budeme musieť vyvinúť tlak na našu fantáziu a predstaviť si, že vo vesmíre existuje určité pole. O jeho existencii a vlastnostiach zatiaľ nevieme nič okrem toho, že je spojené s distribúciou hmoty a antihmoty v priestore a je do istej miery podobné teplote, na ktorú sme zvyknutí, najmä môže prevziať väčšie a menšie hodnoty až do určitej úrovne, ktorú je možné prirovnať. bod varu.
Na začiatku je hmota vo vesmíre v zmiešanom stave. Je to veľmi „horúce“- citácie by sa tu mohli vynechať, pretože obvyklá teplota je tiež veľmi vysoká, hovoríme však o jej imaginárnom analógu. Tento analóg „varí“- maximálna hodnota.
Ako sa priestor rozširuje, „kvapky“začínajú kondenzovať z počiatočnej „pary“, v ktorej je „chladnejšie“. Zatiaľ všetko vyzerá úplne rovnako ako vo vode - ak je prehriata para v nádobe, ktorej objem sa zvyšuje dostatočne rýchlo, potom dôjde k adiabatickému ochladeniu. Ak je dostatočne silný, časť vody vypadne ako tekutina.
Voda kondenzovaná z pary. / & copy; 3.bp.blogspot.com
Niečo podobné sa deje s hmotou vo vesmíre. S rastúcim objemom vesmíru sa zvyšuje počet a veľkosť „kvapiek“. Ale potom začína niečo, čo nemá na svete, na ktoré sme zvyknutí, žiadne analógie.
Podmienky prieniku častíc a antičastíc do „kvapiek“nie sú rovnaké, častice to majú trochu ľahšie. Výsledkom je, že počiatočná rovnosť koncentrácií je porušená, v kondenzovanej „tekutine“je trochu viac látky a vo „vriacej fáze“- jej antipode. V tomto prípade zostáva celkový počet baryónov nezmenený.
A potom, vo fáze varu, začnú pôsobiť kvantové účinky interagujúcich elektroslabých polí, ktoré, ako sa zdá, by nemali meniť počet baryónov, ale v skutočnosti vyrovnávajú počet častíc a antičastíc. Presne povedané, tento proces prebieha aj v „kvapkách“, ale je menej efektívny. Tým sa zníži celkový počet antičastíc. Toto je napísané stručne a samozrejme veľmi zjednodušene, v skutočnosti je všetko oveľa zaujímavejšie, ale teraz sa nebudeme zaoberať hlbokou teóriou.
Kľúčom na vysvetlenie situácie sú dva účinky. Kvantová anomália elektroslabých interakcií je pozorovaným faktom, ktorý bol objavený už v roku 1976. Rozdiel v pravdepodobnosti, že častice preniknú do kondenzačnej zóny, je vypočítanou skutočnosťou, a preto je hypotetický. Samotné pole, ktoré „vrie“a potom ochladzuje, sa zatiaľ nezistilo. Pri formovaní teórie sa predpokladalo, že toto je Higgsovské pole, ale po objavení slávneho bozónu sa ukázalo, že s tým nemá nič spoločné. Je celkom možné, že jeho otvorenie v krídlach stále čaká. Alebo možno nie - a potom budú musieť kozmológovia vymyslieť ďalšie vysvetlenia. Vesmír na to čaká pätnásť miliárd rokov, môže počkať ďalšie.
Sergey Sysoev