Antimaterija je na vsak način kot snov. Nastali so hkrati in iz enega vira. Kot rezultat tega je veliko enega, drugega pa praktično ni. Za to mora biti nekaj razlage.
Vse, s čimer v življenju stopimo v stik, je sestavljeno iz materije. Skodelico, ki jo držimo v roki, sestavljajo molekule, molekule - atomov, atomov, v nasprotju z njihovim imenom ("atom" v grščini pomeni "nedeljiv") - elektronov, protonov in nevtronov. Zadnja dva znanstveniki imenujejo "barijoni". Lahko jih razdelimo naprej, na kvarke in morda še dlje, ampak zaenkrat se bomo na tem zadržali. Skupaj tvorijo materijo.
Kot vedo vsi naši bralci, ima materija antipod - antimaterija. Ko pridejo v stik, se uničijo s sproščanjem zelo velike energije - uničijo se. Po izračunih fizikov lahko kos antimaterije velikosti opeke, ki zadene Zemljo, povzroči učinek, podoben eksploziji vodikove bombe. V vseh drugih pogledih so antipodi podobni: antimaterija ima maso, zakoni fizike v celoti veljajo zanjo, vendar je njen električni naboj nasproten. Za antiproton je negativen, za pozitron (antielektron) pa pozitiven. In tudi antimaterija se praktično ne pojavlja v resničnosti okoli nas.
Iskanje antimaterije
Ali pa je nekje tam? V tej domnevi ni nič nemogočega, vendar živimo v svetu, čeprav se s svojimi antipodami ne moremo otresti rok. Povsem mogoče je, da tudi oni nekje živijo.
Verjetno so danes vse galaksije sestavljene iz navadne snovi. V nasprotnem primeru bi bile njihove meje območje skoraj neprekinjenega izničenja z okoliško materijo, razvidno bi bilo že od daleč. Zemeljske opazovalnice bi registrirale energijske kvante, nastale med uničevanjem. Dokler se to ne zgodi.
Dokaz o prisotnosti opaznih količin antimaterije v Vesolju je lahko odkritje nekje v vesolju (na Zemlji je zaradi velike gostote snovi očitno neuporabno iskati antihelijska jedra). Dva antiprotona, dva antineutrona. Proti delci, ki sestavljajo takšno jedro, se redno proizvajajo v trkih visokoenergetskih delcev v zemeljskih pospeševalcih in seveda, ko snov bombardirajo kozmični žarki. Njihovo odkritje nam nič ne pove. Toda antihelij lahko nastane na enak način, če se na enem mestu hkrati rodijo štirje njegovi sestavni delci. Tega ne moremo imenovati povsem nemogočega, vendar se takšen dogodek v celotnem Vesolju zgodi približno enkrat na petnajst milijard let, kar je precej primerljivo s časom njegovega obstoja.
Promocijski video:
Priprava na izstrelitev balona z detektorjem vesoljskih delcev kot del eksperimenta BESS. Detektor je viden v ospredju in tehta 3 tone. / & kopirati; i.wp-b.com
Zato je odkrivanje antihelija mogoče razumeti, če ne kot pozdrav antipod, potem kot dokaz, da nekje v vesoljskih globinah plava kos antimaterije spodobne velikosti. Tako je odletelo od tam.
Žal ponavljajoči se poskusi iskanja antihelija v zgornjih plasteh zemeljske atmosfere ali na pristopu do njega še niso prinesli uspeha. Seveda gre v tem primeru, ko "odsotnost sledi smodnika na rokah ne dokazuje ničesar". Mogoče je le, da je bilo leteti zelo daleč (na vrstni red milijard svetlobnih let), in priti v majhen detektor na majhnem planetu je še težje. In zagotovo, če bi bil detektor bolj občutljiv (in dražji), bi bile naše možnosti za uspeh večje.
Če bi se zgodilo, da so protizvezde v naravi, bi med termonuklearnimi reakcijami ustvarile enak tok antinevtrinov, kot navadne zvezde - tok njihovih antipod. Med eksplozijami antisupernov bi bilo treba oblikovati enaka antinevtrina. Zaenkrat niso odkrili niti ene niti druge, vendar je treba opozoriti, da nevtrino astronomija na splošno dela prve korake.
Detektor Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanada. / & kopirati; squarespace.com
Vsekakor še nimamo zanesljivih informacij o obstoju pomembnih količin antimaterije v vesolju.
To je dobro in slabo hkrati. Hudo je, ker so po sodobnih konceptih v prvih trenutkih po velikem udaru nastali tako snov kot antimaterija. Nato so se uničili, kar je povzročilo reliktno kozmično sevanje. Število fotonov v njem je zelo veliko, je približno milijardo krat večje od števila barionov (t.j. protonov in nevtronov) v vesolju. Z drugimi besedami, nekje na začetku časa se je snov v Vesolju izkazala za milijardo več kot antimaterija. Potem so vsi "odvečni" izginili, uničili in ostal je en milijardni delež. Rezultat je tisto, kar v posebni literaturi imenujemo barionova asimetrija.
Za fizike je neravnovesje problem, ker ga je treba nekako razložiti. Vsaj v primeru predmetov, ki se v vseh drugih pogledih obnašajo simetrično.
In za nas (vključno s fiziki) je to dobro, saj bi pri enakih količinah materije in antimaterije prišlo do popolne uničevanja, Vesolje bi bilo prazno in ne bi bilo nikogar, ki bi postavljal vprašanja.
Saharovi pogoji
Znanstveniki so obstoj velikega kozmološkega problema spoznali nekje sredi 20. stoletja. Pogoje, pod katerimi Vesolje postane takšno, kot ga vidimo, je oblikoval Andrej Saharov leta 1967 in od takrat so bili vsaj v ruski in angleški "skupni prostor" tematske literature. V zelo poenostavljeni obliki izgledajo takole.
Prvič, pod nekaterimi pogoji, ki so verjetno obstajali v zgodnjem vesolju, zakoni fizike še vedno delujejo drugače za materijo in antimaterijo.
Drugič, v tem primeru se število barionov ne sme ohraniti, tj. Število barionov po reakciji ni enako številu pred njo.
Tretjič, postopek se mora odvijati eksplozivno, to pomeni, da ne sme biti ravnovesje. To je pomembno, saj se ravnovesje koncentracije snovi ponavadi izenačijo, zato moramo dobiti nekaj drugega.
A. D. Saharov, konec šestdesetih let. / & kopirati; tematicnews.com
Tu se konča splošno sprejeti del razlage, nato pa v pol stoletja kraljujejo hipoteze. Najobsežnejši trenutno povezuje incident z medsebojno interakcijo. Poglejmo jo natančneje.
Prostor za vrelo
Da bi razložili, kaj se je zgodilo z našo zadevo, bomo morali napeti domišljijo in si predstavljati, da v vesolju obstaja določeno polje. O njegovem obstoju in lastnostih še ne vemo ničesar, le da je povezan s porazdelitvijo materije in antimaterije v prostoru in je do neke mere podoben temperaturi, ki smo je navajeni, predvsem lahko prevzame večje in manjše vrednosti, do določene ravni, ki jih lahko primerjamo vrelišče.
Sprva je materija v vesolju v mešanem stanju. Naokrog je zelo "vroče" - navedbe bi lahko tukaj izpustili, saj je običajna temperatura tudi zelo visoka, govorimo pa o njenem namišljenem analogu. Ta analog "vre" - največja vrednost.
Ko se prostor širi od prvotnega "hlapov", se začnejo kondenzirati "kapljice", v katerih je "hladneje". Do zdaj je vse videti popolnoma enako kot z vodo - če je pregreta para v posodi, katere volumen se dovolj hitro poveča, pride do adiabatnega hlajenja. Če je dovolj močna, bo nekaj vode izpadlo kot tekočina.
Voda kondenzirana iz pare. / & kopirati; 3.bp.blogspot.com
Nekaj podobnega se dogaja z materijo v vesolju. Ko se prostornina Vesolja veča, se število in velikost "kapljic" povečujeta. Toda takrat se začne nekaj, kar nima analogij v svetu, ki smo ga vajeni.
Pogoji za prodor delcev in anti delcev v "kapljice" niso enaki, delci nekoliko lažje to storijo. Posledično se krši začetna enakost koncentracij, v kondenzirani "tekočini" je malo več snovi, v "vreli fazi" - njen antipod. V tem primeru skupno število barionov ostane nespremenjeno.
Potem pa v "fazi vrenja" začnejo delovati kvantni učinki medsebojno delujočih elektrobolečk, ki, kot kaže, ne bi smeli spremeniti števila barionov, ampak v resnici izenačiti število delcev in anti delcev. Strogo gledano, ta proces poteka tudi v "kapljicah", vendar je tam manj učinkovit. Tako se celotno število anti delcev zmanjša. To je napisano na kratko in seveda zelo poenostavljeno, pravzaprav je vse veliko bolj zanimivo, vendar se ne bomo spuščali v globoko teorijo zdaj.
Za razlago situacije sta ključna dva učinka. Kvantna anomalija elektro-slabih interakcij je opaženo dejstvo, odkrili so jo že leta 1976. Razlika v verjetnosti delcev, ki prodirajo v kondenzacijsko območje, je izračunano dejstvo in zato hipotetična. Samo polje, ki "zavre" in se nato ohladi, še ni zaznano. Pri oblikovanju teorije se je domnevalo, da gre za Higgsovo polje, a po odkritju znamenitega bozona se je izkazalo, da s tem nima ničesar. Povsem mogoče je, da se njegovo odprtje še vedno čaka na krilih. Ali morda ne - in potem bodo morali kozmologi izumiti druga pojasnila. Vesolje na to čaka že petnajst milijard let, lahko počaka še eno.
Sergej Sysoev