Antihmota je ve všech ohledech jako látka. Byly vytvořeny současně az jednoho zdroje. Výsledkem je spousta jednoho a prakticky žádná. K tomu musí existovat nějaké vysvětlení.
Všechno, s čím v životě přijdeme do styku, je vyrobeno z hmoty. Pohár, který držíme v ruce, se skládá z molekul, molekul - atomů, atomů, na rozdíl od jejich názvu (v řeckém atomu „atom“) - elektronů, protonů a neutronů. Poslední dva vědci nazývají „baryony“. Lze je dále rozdělit, na kvarky a možná ještě více, ale prozatím se v tom budeme zabývat. Společně tvoří hmotu.
Jak všichni naši čtenáři vědí, má hmota antipod - antihmotu. Když přicházejí do styku, ničí se uvolněním velmi velké energie - ničí se. Podle výpočtů fyziků může kus antihmoty o velikosti cihly, která zasáhla Zemi, způsobit účinek podobný výbuchu vodíkové bomby. Ve všech ostatních ohledech jsou antipody podobné: antihmota má hmotnost, fyzikální zákony se na ni plně vztahují, ale její elektrický náboj je opačný. Pro antiproton je negativní a pro pozitron (antielektron) pozitivní. A také antihmota se ve skutečnosti kolem nás prakticky nevyskytuje.
Hledání antihmoty
Nebo je to někde tam? V takovém předpokladu není nic nemožného, ale žijeme ve světě, i když nemůžeme třást rukama našimi antipody. Je docela možné, že někde také žijí.
Pravděpodobně všechny galaxie pozorované dnes jsou složeny z obyčejné hmoty. Jinak by jejich hranice byly zónou téměř nepřetržitého ničení okolní hmoty, bylo by to vidět z dálky. Hvězdné observatoře by registrovaly energetickou kvantu vzniklou během ničení. Dokud k tomu nedojde.
Důkazem přítomnosti znatelného množství antihmoty ve vesmíru může být objev někde ve vesmíru (na Zemi je vzhledem k vysoké hustotě hmoty zjevně zbytečné hledat antiheliová jádra). Dva antiprotony, dva antineutrony. Antičástice, které tvoří takové jádro, se pravidelně vytvářejí při srážkách vysokoenergetických částic v pozemských urychlovačích a přirozeně, když je hmota bombardována kosmickými paprsky. Jejich objev nám neříká nic. Stejným způsobem však může být vytvořeno i antihelium, pokud se na jednom místě současně narodí čtyři jeho částice. To nelze nazvat úplně nemožným, ale taková událost v celém vesmíru se stane přibližně jednou za patnáct miliard let, což je docela srovnatelné s dobou její existence.
Propagační video:
Příprava na spuštění balónu s detektorem vesmírných částic v rámci experimentu BESS. Detektor je viditelný v popředí a váží 3 tuny. / & kopírovat; i.wp-b.com
Proto lze detekci antihelia dobře považovat, ne-li za pozdrav od antipodů, pak za důkaz, že někde v hlubinách vesmíru pluje kus antihmoty slušné velikosti. Odletěl odtud.
Bohužel, opakované pokusy o hledání antihelia v horních vrstvách zemské atmosféry nebo o přístupu k ní dosud nepřinesly úspěch. To je samozřejmě případ, kdy „nepřítomnost stop střelného prachu na rukou nic neprokazuje.“Je možné, že letělo jen velmi daleko (řádově miliardy světelných let) a dostat se do malého detektoru na malé planetě je ještě obtížnější. A kdyby byl detektor citlivější (a dražší), naše šance na úspěch by byla vyšší.
Antihvězdy, pokud by byly náhodou v přírodě, by během termonukleárních reakcí generovaly stejný tok antineutrin jako běžné hvězdy - tok jejich antipod. Během antisupernovových explozí by se měly tvořit stejné antineutriny. Doposud nebyl objeven ani jeden, ani druhý, ale je třeba poznamenat, že neutronová astronomie obecně činí první kroky.
Detektor Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanada. / & kopírovat; squarespace.com
V každém případě zatím nemáme spolehlivé informace o existenci jakéhokoli významného množství antihmoty ve vesmíru.
To je zároveň dobré i špatné. Je to špatné, protože podle moderních konceptů se v prvních okamžicích po Velkém třesku vytvořila hmota i antihmota. Následně se zničili a vyvolali reliktní kosmické záření. Počet fotonů v něm je velmi velký, je asi miliardkrát větší než počet baryonů (tj. Protonů a neutronů) ve vesmíru. Jinými slovy, někdy, na začátku času, se látka ve vesmíru ukázala být o jednu miliardtu víc než antihmota. Poté všechny „zbytečné“zmizely, zničily a zůstala jedna miliardtina. Výsledkem je to, co se v odborné literatuře nazývá baryonová asymetrie.
Pro fyziky je nerovnováha problémem, protože musí být nějak vysvětlena. Alespoň v případě předmětů, které se ve všech ostatních ohledech chovají symetricky.
A pro nás (včetně fyziků) je to dobré, protože se stejným množstvím hmoty a antihmoty by došlo k úplnému zničení, vesmír by byl prázdný, a nikdo by se ptát nemohl.
Sacharovovy podmínky
Vědci si uvědomili existenci velkého kosmologického problému někdy v polovině 20. století. Podmínky, za nichž se vesmír stává takovým, jaký vidíme, formuloval Andrei Sacharov v roce 1967 a od té doby jsou „společným místem“tematické literatury, alespoň v ruštině a angličtině. Ve velmi zjednodušené podobě vypadají takto.
Za prvé, za určitých podmínek, které pravděpodobně existovaly v raném vesmíru, fyzikální zákony a antihmoty stále fungují odlišně.
Za druhé, v tomto případě nemusí být počet baryonů zachován, tj. Počet baryonů po reakci není stejný jako počet před ní.
Zatřetí, proces musí probíhat výbušným způsobem, to znamená, že musí být v rovnováze. To je důležité, protože v rovnováze mají koncentrace látek tendenci se vyrovnávat a my musíme získat něco jiného.
A. Sacharov, konec šedesátých let. / & kopírovat; thematicnews.com
To je místo, kde obecně přijímaná část vysvětlení končí, a poté vládnou hypotézy za půl století. Nejuznávanější v současnosti spojuje incident s electroweak interakcí. Pojďme se na ni blíže podívat.
Varný prostor
Abychom vysvětlili, co se stalo s naší hmotou, budeme muset namáhat naši představivost a představit si, že ve vesmíru existuje určité pole. O jeho existenci a vlastnostech zatím nevíme nic, kromě toho, že je spojeno s distribucí hmoty a antihmoty v prostoru a je do jisté míry podobné teplotě, na kterou jsme zvyklí, zejména může nabývat větších a menších hodnot až do určité úrovně, kterou lze přirovnat bod varu.
Zpočátku je hmota ve vesmíru ve smíšeném stavu. Je to velmi „horké“- citace by zde mohly být vynechány, protože obvyklá teplota je také velmi vysoká, ale mluvíme o jeho imaginárním analogu. Tento analog "vaří" - maximální hodnota.
Jak se prostor rozšiřuje, „kapky“začínají kondenzovat z počáteční „páry“, ve které je „chladnější“. Zatím všechno vypadá úplně stejně jako u vody - pokud je přehřátá pára v nádobě, jejíž objem se dostatečně rychle zvyšuje, pak dochází k adiabatickému chlazení. Je-li dostatečně silný, vypadne část vody jako kapalina.
Voda kondenzovaná z páry. / & kopírovat; 3.bp.blogspot.com
Něco podobného se děje s hmotou ve vesmíru. Jak roste objem vesmíru, počet a velikost „kapek“roste. Ale pak začíná něco, co nemá na světě, na které jsme zvyklí, žádné analogie.
Podmínky pro průnik částic a antičástic do „kapek“nejsou stejné, pro částice je to trochu snazší. V důsledku toho je porušena počáteční rovnost koncentrací, v kondenzované „kapalině“je trochu více látky a ve „vroucí fázi“- její antipoda. V tomto případě zůstává celkový počet baryonů nezměněn.
A pak ve „fázi varu“začnou působit kvantové účinky interagujících elektroslabých polí, která, jak se zdá, by neměla měnit počet baryonů, ale ve skutečnosti vyrovnávají počet částic a antičástic. Přesně řečeno, tento proces probíhá také v „kapkách“, ale je méně účinný. Tím se sníží celkový počet antičástic. Toto je napsáno stručně a samozřejmě velmi zjednodušeno, ve skutečnosti je vše mnohem zajímavější, ale nyní se nebudeme zabývat hlubokou teorií.
Ukázalo se, že klíčem k vysvětlení situace jsou dva efekty. Kvantová anomálie elektroslabých interakcí je pozorovaným faktem, byla objevena již v roce 1976. Rozdíl v pravděpodobnosti, že částice proniknou do kondenzační zóny, je vypočtená skutečnost, a proto hypotetická. Pole samotné, které „vaří“a poté ochlazuje, není dosud detekováno. Při vytváření teorie se předpokládalo, že se jedná o Higgsovo pole, ale po objevu slavného bosonu se ukázalo, že s tím nemá nic společného. Je docela možné, že jeho otevření stále čeká v křídlech. Nebo možná ne - a potom budou muset kosmologové vymyslet jiná vysvětlení. Vesmír na to čeká patnáct miliard let, může počkat další.
Sergey Sysoev