Kodėl mes egzistuojame? Tai galbūt giliausias klausimas, kuris gali atrodyti visiškai už dalelių fizikos ribų. Bet mūsų naujas eksperimentas CERN „Large Hadron Collider“leido mums priartėti prie atsakymo. Norėdami suprasti, kodėl mes egzistuojame, pirmiausia turite pereiti prieš 13,8 milijardo metų, Didžiojo sprogimo metu. Šis įvykis pagamino vienodą kiekį mūsų pagamintos medžiagos ir antimaterijos.
Manoma, kad kiekviena dalelė turi antimaterijos partnerį, kuris yra beveik identiškas jai, tačiau turi priešingą krūvį. Kai dalelė ir jos antidalelė susitinka, jos sunaikinamos - išnyksta žaibiškai.
- „Salik.biz“
Kur yra visos antimaterijos?
Kodėl visata, kurią matome, yra sudaryta tik iš materijos, yra viena didžiausių šiuolaikinės fizikos paslapčių. Jei kažkada būtų buvę vienodo lygio antimaterijos, viskas Visatoje sunaikintų. Taigi, atrodo, neseniai paskelbtas tyrimas rado naują asimetrijos tarp materijos ir antimedžiagos šaltinį.
Artūras Schusteris pirmą kartą apie antimateriją kalbėjo 1896 m., Tada 1928 m. Paulius Diracas pateikė teorinį pagrindą, o 1932 m. Karlas Andersonas ją atrado antelektronų, vadinamų pozitroniais, pavidalu. Pozitronai gimsta natūralių radioaktyvių procesų metu, pavyzdžiui, kalio-40 skilimo metu. Tai reiškia, kad įprastas bananas (kuriame yra kalio) kas 75 minutes skleidžia pozitroną. Tada jis sunaikinamas su medžiagoje esančiais elektronais, sukurdamas šviesą. Panašiame procese, kaip ir medicinos priemonės, tokios kaip PET skaitytuvai, taip pat gaminami antimateriniai produktai.
Pagrindiniai medžiagos, iš kurios sudaryti atomai, elementai yra elementariosios dalelės - kvarkai ir leptonai. Yra šeši kvarkai: aukštyn, žemyn, keistai, žaviai, tikram ir gražiam. Taip pat yra šeši leptonai: elektronas, muonas, tau ir trijų rūšių neutrinai. Taip pat yra antimaterinių šių dvylikos dalelių kopijų, kurios skiriasi tik savo krūviu.
Antimaterijos dalelės iš principo turėtų būti puikus jų įprastų palydovų veidrodinis vaizdas. Tačiau eksperimentai rodo, kad ne visada taip yra. Paimkite, pavyzdžiui, daleles, žinomas kaip mezonas, kurias sudaro vienas kvarkas ir vienas antikvaras. Neutralūs mezonai turi nuostabią savybę: jie gali savaime virsti savo anti-mezonu ir atvirkščiai. Šiame procese kvarkas virsta antikvariniu arba antikvarinis virsta kvarku. Tačiau eksperimentai parodė, kad tai gali nutikti dažniau viena kryptimi nei kita - dėl to laikui bėgant yra daugiau materijos nei antimedžiaga.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Trečias kartas yra stebuklingas
Tarp dalelių, turinčių kvarkų, tokios asimetrijos buvo aptiktos tik keistuose ir gražiuose kvarkuose - ir šie atradimai tapo nepaprastai svarbūs. Pats pirmasis asimetrijos, susijusios su keistomis dalelėmis, pastebėjimas 1964 m. Leido teoretikams numatyti šešių kvarkų egzistavimą - tuo metu, kai buvo žinoma tik trys. Gražių dalelių asimetrijos atradimas 2001 m. Buvo galutinis mechanizmo, kuris atvedė į šešių kvarkų paveikslą, patvirtinimas. Abu atradimai pelnė Nobelio premijas.
Tiek keistame, tiek gražiame kvarke yra neigiami elektros krūviai. Vienintelis teigiamai įkrautas kvarkas, kuris, teoriškai, turėtų sugebėti sudaryti daleles, galinčias parodyti materijos ir antimedžiagos asimetriją, yra žavusis. Teorija rodo, kad jis tai daro, jo poveikis turėtų būti nereikšmingas ir sunkiai pastebimas.
Bet LHCb eksperimentas „Didžiojo hadronų kollideryje“pirmą kartą sugebėjo pastebėti tokią asimetriją dalelėse, vadinamose D-mezonais, kurias sudaro žavūs kvarkai. Tai įmanoma dėl precedento neturinčio sužavėtų dalelių, tiesiogiai susidarančių susidūrus LHC, kiekiui. Rezultatas rodo, kad tikimybė, kad tai yra statistinis svyravimas, yra 50 / mlrd.
Jei ši asimetrija nėra gimusi iš to paties mechanizmo, kuris lemia keistų ir gražių kvarkų asimetriją, yra vietos naujiems materijos ir antimaterijos asimetrijos šaltiniams, kurie gali papildyti bendrą Visatos asimetriją. Ir tai svarbu, nes keli žinomi asimetrijos atvejai negali paaiškinti, kodėl visatoje yra tiek daug materijos. Vien žavesio kvarko atradimo nepakaks šiai problemai užpildyti, tačiau tai yra svarbus galvosūkio elementas norint suprasti pagrindines dalelių sąveikas.
Tolesni žingsniai
Po šio atradimo padidės teorinių darbų, kurie padeda interpretuoti rezultatą, skaičius. Bet dar svarbiau, kad ji apibūdins tolesnius bandymus, kad būtų galima geriau suprasti mūsų atradimą - ir kai kurie iš tų testų jau vykdomi.
Ateinantį dešimtmetį patobulintas LHCb eksperimentas padidins tokių matavimų jautrumą. Jį papildys „Belle II“eksperimentas Japonijoje, kuris dar tik prasideda.
Antimaterija taip pat yra daugelio kitų eksperimentų pagrindas. CERN modelyje „Antiproton Moderator“gaminami ištisiniai antiatriai ir jie suteikia daugybę labai tikslių matavimo eksperimentų. Eksperimentas AMS-2, esantis Tarptautinėje kosminėje stotyje, ieško kosmose išgaunamos antimaterijos. Daugybė dabartinių ir būsimų eksperimentų bus skirta klausimui, ar tarp neutrinų yra materijos ir antimaterijos asimetrija.
Nors vis dar negalime iki galo išsiaiškinti materijos ir antimaterijos asimetrijos paslapties, mūsų naujausias atradimas atvėrė duris tikslių matavimų, kurie gali atskleisti dar nežinomus reiškinius, era. Yra pagrindo manyti, kad vieną dieną fizikai sugebės paaiškinti, kodėl mes čia visi.
Ilja Khel