Антиматерията е като вещество по всякакъв начин. Те са формирани едновременно и от един източник. В резултат на това има много едно, а друго на практика няма. Трябва да има някакво обяснение за това.
Всичко, с което влизаме в контакт в живота си, е направено от материя. Чашата, която държим в ръката си, се състои от молекули, молекули - от атоми, атоми, противно на името им („атом“на гръцки означава „неделим“) - от електрони, протони и неутрони. Последните два от учените се наричат "бариони". Те могат да бъдат разделени по-нататък, на кварки, а може и още повече, но засега ще се спрем на това. Заедно те образуват материя.
Както знаят всички наши читатели, материята има антипод - антиматерия. Когато влязат в контакт, те унищожават с освобождаването на много голяма енергия - те унищожават. Според изчисленията на физиците, парче антиматерия с размерите на тухла, удрящо Земята, може да предизвика ефект, подобен на експлозията на водородна бомба. Във всички останали аспекти антиподите са сходни: антиматерията има маса, законите на физиката се прилагат изцяло за нея, но електрическият й заряд е обратен. За антипротон е отрицателен, а за позитрон (антиелектрон) - положителен. И също антиматерията практически не се среща в реалността около нас.
Търсенето на антиматерия
Или е някъде там? В това предположение няма нищо невъзможно, но ние живеем в света, въпреки че не можем да се ръкуваме с антиподите си. Напълно възможно е те също да живеят някъде.
Вероятно всички наблюдавани днес галактики са съставени от обикновена материя. В противен случай техните граници биха били зона на почти непрекъснато унищожаване със заобикалящата материя, това би се виждало отдалеч. Земните обсерватории регистрират енергийните кванти, образувани по време на унищожаване. Докато това не се случи.
Доказателство за наличието във Вселената на забележими количества антиматерия може да бъде откритието някъде в космоса (на Земята, поради високата плътност на материята, очевидно е безполезно да се търсят ядра на антихелия). Два антипротона, два антинейтрона. Античастиците, които изграждат такова ядро, се произвеждат редовно при сблъсъци на високоенергийни частици в земни ускорители и естествено, когато материята е бомбардирана от космически лъчи. Откритието им не ни казва нищо. Но антихелият може да се образува по същия начин, ако четири от съставните му частици едновременно се родят на едно място. Това не може да се нарече напълно невъзможно, но подобно събитие в цялата Вселена се случва около веднъж на петнадесет милиарда години, което е доста сравнимо с времето на съществуването му.
Промоционално видео:
Подготовка за изстрелване на балон с детектор за космически частици като част от експеримента BESS. Детекторът се вижда на преден план и тежи 3 тона. / & копие; i.wp-b.com
Следователно откриването на антихелия може да се разглежда, ако не като поздрав от антиподите, то като доказателство, че някъде в дълбините на космоса плава парче антиматерия с прилични размери. Значи излетя оттам.
Уви, многократните опити за търсене на антихелий в горните слоеве на земната атмосфера или на подхода към нея все още не са донесли успех. Разбира се, това е случаят, когато „липсата на следи от барут по ръцете не доказва нищо“. Може да се окаже, че е било много далеч да лети (от порядъка на милиарди светлинни години), а да попаднеш в малък детектор на малка планета е още по-трудно. И със сигурност, ако детекторът беше по-чувствителен (и по-скъп), шансовете ни за успех биха били по-високи.
Антизвезди, ако се случи в природата, в хода на термоядрените реакции биха генерирали същия поток от антинейтрино, като обикновените звезди - поток от техните антиподи. Същите антинейтрино трябва да се образуват по време на антисуперновите експлозии. Досега нито едното, нито другото не е открито, но трябва да се отбележи, че неутрино астрономията обикновено прави първите си стъпки.
Детектор Съдбъри обсерватория Нейтрино (SNO), Канада. / & копие; squarespace.com
Във всеки случай все още нямаме достоверна информация за съществуването на значителни количества антиматерия във Вселената.
Това е едновременно добро и лошо. Лошо е, защото според съвременните концепции в първите моменти след Големия взрив са се образували и материя, и антиматерия. Впоследствие те унищожиха, порождайки реликтовата космическа радиация. Броят на фотоните в него е много голям, той е около милиард пъти по-голям от броя на бариони (т.е. протони и неутрони) във Вселената. С други думи, някъде, в началото на времето, веществото във Вселената се оказа с една милиарда повече от антиматерията. Тогава всички „излишни“изчезнаха, унищожиха се и остана един милиарден дял. Резултатът е това, което се нарича барионна асиметрия в специалната литература.
За физиците дисбалансът е проблем, защото трябва да се обясни по някакъв начин. Поне в случай на предмети, които във всички останали отношения се държат симетрично.
И за нас (включително физиците) това е добре, защото при еднакви количества материя и антиматерия щеше да настъпи пълно унищожение, Вселената ще бъде празна и няма да има кой да задава въпроси.
Условията на Сахаров
Учените осъзнаха съществуването на голям космологичен проблем някъде в средата на 20 век. Условията, при които Вселената става такава, каквато я виждаме, са формулирани от Андрей Сахаров през 1967 г. и оттогава са „общо място“на тематичната литература, поне на руски и английски език. В силно опростена форма те изглеждат така.
Първо, при някои условия, които вероятно са съществували в ранната Вселена, законите на физиката все още работят по различен начин за материята и антиматерията.
Второ, в този случай числото на бариона може да не се запази, т.е. броят на барионите след реакцията не е равен на този преди него.
Трето, процесът трябва да протича по взривен начин, тоест трябва да е неравновесен. Това е важно, защото при равновесие концентрациите на веществата са склонни да се изравняват и трябва да получим нещо различно.
А. Д. Сахаров, края на 60-те години. / & копие; thematicnews.com
Тук приключва общоприетата част от обяснението и след това хипотезите царуват след половин век. Най-авторитетният в момента свързва инцидента с взаимодействието с електрочувствие. Нека я разгледаме по-отблизо.
Кипящо пространство
За да обясним какво се е случило с нашата материя, ще трябва да напрегнем въображението си и да си представим, че във Вселената има определено поле. Все още не знаем нищо за неговото съществуване и свойства, освен че е свързано с разпределението на материята и антиматерията в пространството и до известна степен е подобно на температурата, с която сме свикнали, по-специално може да приема по-големи и по-малки стойности, до определено ниво, което може да се оприличи. точка на кипене.
Първоначално материята във Вселената е в смесено състояние. Наоколо е много "горещо" - цитатите могат да бъдат пропуснати, тъй като обичайната температура също е много висока, но говорим за въображаемия й аналог. Този аналог "кипи" - максималната стойност.
С разширяването на пространството "капки" започват да се кондензират от първоначалната "пара", в която е "по-хладно". Засега всичко изглежда точно както с водата - ако прегрятата пара е в съд, чийто обем се увеличава достатъчно бързо, тогава настъпва адиабатно охлаждане. Ако тя е достатъчно силна, тогава част от водата ще изпадне като течност.
Вода, кондензирана от пара. / & копие; 3.bp.blogspot.com
Нещо подобно се случва с материята в космоса. С увеличаването на обема на Вселената, броят и размерът на "капки" се увеличават. Но тогава започва нещо, което няма аналогии в света, на който сме свикнали.
Условията за проникване на частици и античастици в „капките“не са еднакви, за частиците е малко по-лесно да направят това. В резултат на това се нарушава първоначалното равенство на концентрациите, в кондензираната "течност" има малко повече вещество, а във "фазата на кипене" - неговият антипод. В този случай общият брой бариони остава непроменен.
И тогава във "фазата на кипене" започват да действат квантови ефекти от взаимодействащи електрослаби полета, които, изглежда, не трябва да променят броя на барионите, а в действителност изравняват броя на частиците и античастиците. Строго погледнато, този процес протича и в „капки“, но там той е по-малко ефективен. По този начин общият брой античастици се намалява. Това е написано накратко и, разбира се, много опростено, всъщност всичко е много по-интересно, но сега няма да навлизаме в дълбока теория.
Два ефекта се оказват ключови за обяснение на ситуацията. Квантовата аномалия на електрослабите взаимодействия е наблюдаван факт, тя е открита още през 1976 г. Разликата във вероятността частици да проникнат в зоната на кондензацията е изчислен факт и следователно хипотетичен. Самото поле, което "кипи" и след това се охлажда, все още не е открито. При формирането на теорията беше прието, че това е полето на Хигс, но след откриването на известния бозон се оказа, че няма нищо общо с него. Напълно възможно е нейното отваряне все още да чака с криле. Или може би не - и тогава космолозите ще трябва да измислят други обяснения. Вселената чака това за петнайсет милиарда години, може да изчака друга.
Сергей Сисоев