Саяхан CERN дэх ALICE-ийн хамтын ажиллагааны гишүүд антиматерийн цөмийн массыг дээд зэргийн нарийвчлалтайгаар хэмжиж, антипротоныг антинейтронтой холбодог энергийг хүртэл тооцоолжээ. Одоогийн байдлаар эдгээр үзүүлэлтүүд нь бодис болон антиматерийн хооронд мэдэгдэхүйц ялгаа олдоогүй байгаа боловч энэ нь гол зүйл биш юм. Яг одоо, сүүлийн хэдэн жилд зөвхөн эсрэг бөөмс төдийгүй эсрэг бөөм, тэр байтугай антиатомууд хэмжилт, ажиглалт хийхэд бэлэн болж байгаа нь чухал юм. Энэ нь антиматер гэж юу болох, түүний судалгаа орчин үеийн физикт ямар байр суурь эзэлдэг болохыг олж мэдэх цаг болсон гэсэн үг.
Антиматерийн талаарх таны анхны асуултуудын заримыг таахыг хичээцгээе.
Антиматери ашиглан хэт хүчирхэг бөмбөг хийж болно гэдэг үнэн үү? "Тэнгэр элч нар ба чөтгөрүүд" кинонд гардаг шиг эсрэг бодис нь CERN-д үнэхээр хуримтлагдаж байгаа бөгөөд энэ нь маш аюултай байж болох уу? Антиматер нь сансарт аялахад маш үр дүнтэй түлш болно гэж үнэн үү? Исаак Азимовын бүтээлүүддээ роботуудыг бэлэглэсэн позитрон тархины тухай санаа үнэнтэй юу?...
Ихэнх хүмүүсийн хувьд антиматер нь маш аюултай, сэжигтэй, гайхалтай амлалт, асар их эрсдэл бүхий төсөөллийг хөдөлгөдөг зүйлтэй холбоотой байдаг нь нууц биш юм. Хүлээн зөвшөөрье: физикийн хуулиуд энэ бүхнийг шууд хориглодоггүй. Гэсэн хэдий ч эдгээр санааг хэрэгжүүлэх нь бодит байдлаас, орчин үеийн технологи, ойрын хэдэн арван жилийн технологиос хол байгаа тул прагматик хариулт нь энгийн: үгүй, орчин үеийн ертөнцөд энэ нь үнэн биш юм. Эдгээр сэдвүүдийн талаархи яриа нь шинжлэх ухаан, техникийн бодит ололт дээр үндэслэсэн зүгээр л уран зөгнөл бөгөөд орчин үеийн боломжийн хязгаараас хол давсан экстраполяци дээр үндэслэсэн болно. Хэрэв та эдгээр сэдвээр нухацтай ярилцахыг хүсвэл 2100 руу ойртоорой. Одоохондоо эсрэг бодисын талаарх бодит шинжлэх ухааны судалгааны талаар ярилцъя.
Антиматер гэж юу вэ?
Манай ертөнц электрон, протон, нейтрон гэх мэт бөөмс бүрийн төрөлд зориулагдсан байдаг. - эсрэг бөөмс (позитрон, антипротон, антинейтрон) байдаг. Тэдгээр нь ижил масстай, хэрэв тогтворгүй бол хагас задралын хугацаа ижил, гэхдээ харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог цэнэгийн эсрэг заалтууд болон бусад тоонууд. Позитрон нь электронтой ижил масстай боловч зөвхөн эерэг цэнэгтэй. Антипротонууд сөрөг цэнэгтэй байдаг. Антинейтронууд нь нейтронтой адил цахилгаан саармаг боловч эсрэг талын барион тоотой бөгөөд антикваркуудаас тогтдог. Эсрэг цөмийг антипротон ба антинейтроноос угсарч болно. Позитроныг нэмснээр бид эсрэг атомуудыг үүсгэж, тэдгээрийг хуримтлуулж, эсрэг бодисыг олж авдаг. Энэ бүгд эсрэг бодис юм.
Энд ярих нь зүйтэй хэд хэдэн сонирхолтой нарийн ширийн зүйлс байдаг. Юуны өмнө, эсрэг бөөмс байдаг нь онолын физикийн асар том ялалт юм. Энэхүү тодорхой бус, зарим хүмүүсийн хувьд бүр цочирдмоор санааг онолын хувьд Пол Дирак гаргасан бөгөөд эхэндээ дайсагналтай хүлээж авсан. Түүгээр ч барахгүй позитроныг нээсний дараа ч олон хүн антипротон байдаг гэдэгт эргэлзсээр байв. Нэгдүгээрт, Дирак электроныг дүрслэх өөрийн гэсэн онолыг гаргасан бөгөөд энэ нь протонд ажиллах болно гэсэн баримт биш юм. Жишээлбэл, протоны соронзон момент нь Диракийн онолын таамаглалаас хэд хэдэн удаа ялгаатай байдаг. Хоёрдугаарт, тэд сансрын туяанаас антипротоны ул мөрийг удаан хугацаанд хайсан боловч юу ч олдсонгүй. Гуравдугаарт, хэрэв антипротонууд байгаа бол антиатомууд, одод ба эсрэг галактикууд байх ёстой бөгөөд бид тэдгээрийг сансар огторгуйн асар том дэлбэрэлтээр анзаарах нь гарцаагүй гэж тэд маргаж - бидний үгийг шууд утгаараа давтав. Нэгэнт бид үүнийг олж харахгүй байгаа нь эсрэг бодис байдаггүйтэй холбоотой байх. Тиймээс 1955 онд шинээр хөөргөсөн Беватрон хурдасгуур дээр антипротоныг туршилтаар нээсэн нь 1959 онд Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртэж байсан тийм ч ач холбогдолгүй үр дүн байв. 1956 онд антинейтроныг ижил хурдасгуур дээр нээсэн. Эдгээр эрэл хайгуул, эргэлзээ, ололт амжилтын түүхийг олон тооны түүхэн эссе, жишээлбэл, энэ тайлангаас эсвэл Фрэнк Клоусын саяхан гаргасан "Антиматер" номноос олж болно.
Гэсэн хэдий ч цэвэр онолын мэдэгдэлд эрүүл эргэлзэх нь үргэлж ашигтай байдаг гэдгийг тусад нь хэлэх ёстой. Жишээлбэл, эсрэг бөөмс нь бөөмстэй ижил масстай гэсэн мэдэгдэл нь маш чухал CPT теоремоос гарсан онолын үр дүн юм; Тийм ээ, бичил ертөнцийн орчин үеийн, туршилтаар шалгагдсан физик нь энэ мэдэгдэл дээр суурилдаг. Гэхдээ энэ нь тэгш байдал хэвээр байна: хэн мэдэх вэ, магадгүй бид онолын хэрэглээний хязгаарыг олох болно.
Өөр нэг онцлог нь: бичил ертөнцийн бүх хүч нь бөөмс ба эсрэг бөөмстэй адил хамааралтай байдаггүй. Цахилгаан соронзон ба хүчтэй харилцан үйлчлэлийн хувьд тэдгээрийн хооронд ялгаа байхгүй, сул талуудын хувьд ялгаа байдаг. Үүнээс үүдэн бөөмс ба эсрэг бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн зарим нарийн ширийн зүйлс, тухайлбал, А бөөмс В бөөмс болон эсрэг А бөөм нь эсрэг В бөөм болж задрах магадлал (энэ талаар дэлгэрэнгүй үзэх) ялгаатай байдаг. ялгааг Павел Паховын цуглуулгыг үзнэ үү). Энэ онцлог нь сул харилцан үйлчлэл нь манай ертөнцийн CP тэгш хэмийг эвддэг тул үүсдэг. Гэхдээ яагаад ийм зүйл болж байгаа нь энгийн бөөмсийн нууцуудын нэг бөгөөд энэ нь мэдэгдэж буй хязгаараас давахыг шаарддаг.
Энд бас нэг нарийн зүйл байна: зарим бөөмс нь маш цөөхөн шинж чанартай байдаг тул эсрэг болон бөөмс нь бие биенээсээ огт ялгагддаггүй. Ийм бөөмсийг жинхэнэ төвийг сахисан гэж нэрлэдэг. Энэ бол ижил төрлийн кварк ба антикваркуудаас бүрдэх фотон, Хиггс бозон, саармаг мезон юм. Гэхдээ нейтринотой холбоотой нөхцөл байдал тодорхойгүй хэвээр байна: магадгүй тэд үнэхээр төвийг сахисан (Мажорана), эсвэл үгүй байж магадгүй юм. Энэ нь нейтриногийн масс ба харилцан үйлчлэлийг тайлбарлах онолын хувьд чухал ач холбогдолтой юм. Энэ асуултын хариулт нь үнэхээр том дэвшил байх болно, учир нь энэ нь бидний ертөнцийн бүтцийг ойлгоход тусална. Туршилт энэ талаар хоёрдмол утгатай зүйл хараахан хэлээгүй байна. Гэвч нейтрино судалгааны туршилтын хөтөлбөр нь маш хүчтэй тул маш олон туршилтууд хийгдэж байгаа тул физикчид аажмаар шийдэлд ойртож байна.
Энэ эсрэг бодис хаана байна вэ?
Эсрэг бөөмс нь бөөмстэйгээ уулзах үед устгадаг: аль аль нь алга болж, фотонуудын багц эсвэл хөнгөн бөөмс болж хувирдаг. Амрах бүх энерги нь энэхүү бичил дэлбэрэлтийн энерги болж хувирдаг. Энэ бол массыг дулааны энерги болгон хувиргах хамгийн үр дүнтэй бөгөөд цөмийн дэлбэрэлтээс хэдэн зуу дахин илүү үр ашигтай юм. Гэхдээ бидний эргэн тойронд байгалийн ямар ч сүр жавхлант дэлбэрэлт харагдахгүй байна; Анти бодис байгальд мэдэгдэхүйц хэмжээгээр байдаггүй. Гэсэн хэдий ч бие даасан эсрэг бөөмс нь янз бүрийн байгалийн үйл явцын үр дүнд үүсч болно.
Хамгийн хялбар арга бол позитрон үүсгэх явдал юм. Хамгийн энгийн сонголт бол цацраг идэвхт байдал, эерэг бета цацраг идэвхт бодисын улмаас зарим цөмийн задрал юм. Жишээлбэл, туршилтын явцад хагас задралын хугацаатай натрийн 22 изотопыг ихэвчлэн позитроны эх үүсвэр болгон ашигладаг. Өөр нэг гэнэтийн байгалийн эх үүсвэр бол заримдаа позитроныг устгаснаас гамма цацрагийн анивчдаг анивчдаг бөгөөд энэ нь позитронууд ямар нэгэн байдлаар тэнд төрсөн гэсэн үг юм.
Антипротон болон бусад эсрэг бөөмсийг бий болгох нь илүү хэцүү байдаг: үүнд цацраг идэвхт задралын энерги хангалтгүй байдаг. Байгалийн хувьд тэд өндөр энергитэй сансрын цацрагийн нөлөөн дор төрдөг: сансрын протон нь агаар мандлын дээд давхаргад зарим молекултай мөргөлдөж, бөөмс ба эсрэг хэсгүүдийн урсгалыг үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч энэ нь тэнд тохиолддог, антипротонууд бараг хэзээ ч газарт хүрдэггүй (энэ нь 40-өөд онд сансрын туяанаас антипротон хайж байсан хүмүүст мэдэгддэггүй байсан) бөгөөд та энэ антипротоны эх үүсвэрийг лабораторид авчрах боломжгүй юм.
Физикийн бүх туршилтуудад антипротоныг "харгис хүчээр" үйлдвэрлэдэг: тэд өндөр энергитэй протоны туяаг авч, зорилтот газар руу чиглүүлж, энэ мөргөлдөөний үед их хэмжээгээр үүссэн "хадроны хаягдлыг" ялгаж авдаг. Антипротонуудыг ангилсан цацраг хэлбэрээр гаргаж, дараа нь протонтой мөргөлдөхийн тулд өндөр энерги хүртэл хурдасгадаг (жишээлбэл, Америкийн Теватронтой мөргөлдүүлэгч ийм байдлаар ажилласан), эсвэл эсрэгээр нь удаашруулж, илүү нарийн хэмжилт хийхэд ашигладаг.
Эсрэг бодисын судалгааны урт түүхээрээ бахархаж болох CERN-д зөвхөн энэ ажлыг гүйцэтгэдэг тусгай "хурдасгуур" буюу "Антипротон зохицуулагч" байдаг. Энэ нь антипротонуудын цацрагийг авч, хөргөж (өөрөөр хэлбэл, удаашруулдаг), дараа нь удаан антипротонуудын урсгалыг хэд хэдэн тусгай туршилтаар хуваарилдаг. Дашрамд хэлэхэд, хэрэв та МЭ-ийн төлөвийг бодит цаг хугацаанд нь харахыг хүсвэл Cernov онлайн мониторууд үүнийг зөвшөөрдөг.
Антиатом, тэр ч байтугай хамгийн энгийн, устөрөгчийн эсрэг атомыг нэгтгэх нь аль хэдийн маш хэцүү байдаг. Тэд байгальд огт үүсдэггүй - тохиромжтой нөхцөл байхгүй. Лабораторид ч гэсэн антипротонууд позитронтой нэгдэхээс өмнө техникийн олон бэрхшээлийг даван туулах ёстой. Асуудал нь эх үүсвэрээс ялгарах антипротон ба позитрон хэт халуун хэвээр байгаа явдал юм; Тэд зүгээр л бие биетэйгээ мөргөлдөж, эсрэг атом үүсгэхээс илүүтэйгээр салж нисэх болно. Физикчид эдгээр бэрхшээлийг маш зальтай аргуудаар (ASACUSA Cern-ийн туршилтуудын нэгэнд хийсэн шиг) даван туулсан хэвээр байна.
Эсрэг цөмийн талаар юу мэддэг вэ?
Хүн төрөлхтний атомын эсрэг бүх ололт нь зөвхөн антиустөрөгчтэй холбоотой юм. Бусад элементүүдийн антиатомуудыг лабораторид нийлэгжүүлээгүй эсвэл байгальд ажиглаагүй байна. Шалтгаан нь энгийн: эсрэг цөмийг үүсгэх нь антипротоноос ч илүү хэцүү байдаг.
Эсрэг бөөм үүсгэх бидний мэдэх цорын ганц арга бол өндөр энергитэй хүнд цөмүүдийг мөргөлдөж, тэнд юу болж байгааг харах явдал юм. Мөргөлдөөний энерги өндөр байвал антипротон, антинейтрон зэрэг олон мянган бөөмс үүсч, бүх чиглэлд тархах болно. Нэг чиглэлд санамсаргүй байдлаар ялгардаг антипротон ба антинейтронууд бие биетэйгээ нийлж антицөм үүсгэдэг.
ALICE детектор нь янз бүрийн цөм ба эсрэг цөмийг тэдгээрийн энерги ялгаруулж, соронзон орон дахь эргэлтийн чиглэлд үндэслэн ялгаж чаддаг.
Зураг: CERN
Арга нь энгийн, гэхдээ тийм ч үр дүнгүй: нуклонуудын тоо нэмэгдэх тусам цөмийг ийм аргаар нэгтгэх магадлал огцом буурдаг. Хамгийн хөнгөн цөм болох антидейтеронууд яг хагас зуун жилийн өмнө анх ажиглагдсан. Antihelium-3 нь 1971 онд ажиглагдсан. Антитритон ба антигелиум-4 нь бас мэдэгдэж байгаа бөгөөд сүүлийнх нь 2011 онд саяхан нээгдсэн. Илүү хүнд антинуклейс хараахан ажиглагдаагүй байна.
Янз бүрийн хос бөөмсийн хувьд нуклон-нуклонуудын харилцан үйлчлэлийг (тарааны урт f0 ба үр дүнтэй радиус d0) дүрсэлсэн хоёр параметр. Улаан од нь STAR-ийн хамтын ажиллагааны үр дүнд олж авсан хос антипротоны үр дүн юм.
Харамсалтай нь та ийм аргаар антиатом хийж чадахгүй. Антинуклей нь ховорхон үүсдэг төдийгүй хэт их энергитэй бөгөөд бүх чиглэлд нисдэг. Тэднийг мөргөлдүүлэгч дээр барьж аваад дараа нь тусгай сувгаар дамжуулж хөргөхийг оролдох нь бодитой бус юм.
Гэсэн хэдий ч заримдаа антинуклеонуудын хооронд үйлчилдэг цөмийн эсрэг хүчний талаар сонирхолтой мэдээлэл олж авахын тулд нислэгийн эсрэг цөмийг анхааралтай ажиглахад хангалттай. Хамгийн энгийн зүйл бол антинуклейн массыг сайтар хэмжиж, антипротон ба антинейтроны массын нийлбэртэй харьцуулж, массын согогийг тооцоолох явдал юм. цөмийн холболтын энерги. Энэ нь саяхан Том Адрон Коллайдер дээр ажиллаж байна; Антидейтерон ба антигелиум-3-ыг холбох энерги нь энгийн цөмтэй алдааны хязгаарт давхцдаг.
Өөр нэг илүү нарийн нөлөөг Америкийн хүнд ион мөргөлдүүлэгч RHIC дээр STAR туршилтаар судалсан. Тэрээр үйлдвэрлэсэн антипротонуудын өнцгийн тархалтыг хэмжиж, хоёр антипротоныг маш ойрхон чиглэлд ялгарах үед хэрхэн өөрчлөгдөхийг олж мэдэв. Антипротонуудын хоорондын хамаарал нь анх удаа тэдгээрийн хооронд үйлчилж буй "цөмийн эсрэг" хүчний шинж чанарыг хэмжих боломжийг олгосон (тархалтын урт ба үр дүнтэй харилцан үйлчлэлийн радиус); Тэд протонуудын харилцан үйлчлэлийн талаар мэддэг зүйлтэй давхцаж байв.
Сансар огторгуйд эсрэг бодис байдаг уу?
Пол Дирак позитрон байдаг гэдгийг онолдоос нь гаргахдаа огторгуйн хаа нэгтээ жинхэнэ эсрэг ертөнц оршин тогтнох боломжтой гэж бүрэн таамагласан. Орчлон ертөнцийн харагдах хэсэгт эсрэг бодисоос бүтсэн од, гариг, галактик байхгүй гэдгийг одоо бид мэднэ. Гол нь устгалын дэлбэрэлтүүд харагдахгүй байгаа нь ч биш юм; Байнга хувьсан өөрчлөгдөж буй орчлонд тэд хэрхэн бий болж, өнөөг хүртэл оршин тогтнож байсныг төсөөлөхийн аргагүй юм.
Гэхдээ "энэ нь яаж болсон бэ" гэсэн асуулт бол орчин үеийн физикийн бас нэг том нууц юм; шинжлэх ухааны хэлээр үүнийг бариогенезийн асуудал гэж нэрлэдэг. Дэлхийн сансар огторгуйн дүр төрхөөр бол хамгийн эртний сансар огторгуйд бөөмс ба эсрэг бөөмсийн тоо тэнцүү байжээ. Дараа нь CP-ийн тэгш хэм, барионы тоог зөрчсөний улмаас динамик хөгжиж буй орчлон ертөнцөд эсрэг бодисоос илүү жижиг, нэг тэрбумын түвшинд материйн илүүдэл гарч ирэх ёстой. Орчлон ертөнцийг хөргөхөд бүх эсрэг бөөмс бөөмсөөр хангагдаж, зөвхөн энэ илүүдэл матери амьд үлдсэн бөгөөд энэ нь бидний ажиглаж буй орчлон ертөнцийг бий болгосон. Түүний ачаар тэнд ядаж л сонирхолтой зүйл үлддэг нь түүний ачаар бид ерөөсөө оршин тогтнож байгаа юм. Энэ тэгш бус байдал яг яаж үүссэн нь тодорхойгүй байна. Олон онол байдаг ч аль нь үнэн болох нь тодорхойгүй байна. Энэ нь ямар нэгэн шинэ физикийн онол байх нь тодорхой бөгөөд энэ нь Стандарт загвараас хэтэрсэн, туршилтаар батлагдсан зүйлийн хил хязгаараас давсан онол юм.
Сансар огторгуйн өндөр энергитэй цацрагийн эсрэг бөөмсүүд хаанаас ирж болохыг гурван хувилбараар харж болно: 1 - тэд зүгээр л "сансрын хурдасгуур" дээр үүсч, жишээлбэл пульсарт хурдасч болно; 2 - тэд од хоорондын орчны атомуудтай ердийн сансрын туяа мөргөлдөх үед үүсч болно; 3 - хүнд харанхуй материйн тоосонцор задрах явцад үүсч болно.
Хэдийгээр эсрэг бодисоос бүтсэн гариг, од байхгүй ч сансарт антиматер байсаар байна. Янз бүрийн энергийн позитрон ба антипротонуудын урсгалыг PAMELA, Fermi, AMS-02 гэх мэт сансрын туяа ажиглалтын төвүүд бүртгэдэг. Позитрон ба антипротонууд сансраас бидэнд ирдэг гэдэг нь тэд хаа нэгтээ тэнд төрсөн гэсэн үг. Тэдгээрийг үүсгэж болох өндөр энергийн үйл явц нь зарчмын хувьд мэдэгдэж байна: эдгээр нь нейтрон оддын өндөр соронзлогдсон орчин, янз бүрийн дэлбэрэлт, од хоорондын орчин дахь цочролын долгионы фронт дахь сансрын цацрагийг хурдасгах гэх мэт. Тэд сансрын эсрэг бөөмсийн урсгалын ажиглагдсан бүх шинж чанарыг тайлбарлаж чадах эсэх нь асуулт юм. Хэрэв тийм биш бол энэ нь тэдний зарим нь харанхуй материйн тоосонцор задрах эсвэл устах замаар үүсдэг болохыг нотлох баримт болно.
Энд бас нэг нууц бий. 2008 онд PAMELA ажиглалтын газар онолын загварчлалын таамаглаж байсантай харьцуулахад сэжигтэй олон тооны өндөр энергитэй позитрон илрүүлжээ. Эдгээр үр дүнг саяхан Олон улсын сансрын станцын модулиудын нэг, ерөнхийдөө сансарт хөөргөсөн энгийн бөөмсийн хамгийн том илрүүлэгч (мөн хаана угсарсан бэ? - CERN-д зөв) суурилуулсан AMS-02 суурилуулалтаар батлагдсан. Энэ илүүдэл позитрон нь онолчдын сэтгэлийг хөдөлгөдөг - эцсийн эцэст энэ нь үүнийг хариуцдаг астрофизикийн "уйтгартай" биетүүд биш, харин электрон ба позитрон болж ялзарч эсвэл устгадаг хүнд харанхуй материйн бөөмс байж магадгүй юм. Энд одоогоор тодорхой зүйл алга, гэхдээ AMS-02 суурилуулалт, түүнчлэн олон чухал физикчид энэ үзэгдлийг маш анхааралтай судалж байна.
Янз бүрийн энергийн сансрын туяа дахь антипротон ба протоны харьцаа. Цэгүүд нь туршилтын өгөгдөл, олон өнгийн муруй нь янз бүрийн алдаатай астрофизикийн хүлээлт юм.
Зураг: Корнеллийн их сургуулийн номын сан
Антипротонтой холбоотой нөхцөл байдал бас тодорхойгүй байна. Энэ оны 4-р сард AMS-02 судалгааны шинэ мөчлөгийн урьдчилсан үр дүнг тусгай эрдэм шинжилгээний бага хуралд танилцуулсан. Тайлангийн гол онцлох зүйл бол AMS-02 нь хэт их энергитэй антипротонуудыг хардаг гэсэн нотолгоо байсан бөгөөд энэ нь харанхуй материйн бөөмсийн задралын шинж тэмдэг байж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч бусад физикчид ийм хөгжилтэй дүгнэлттэй санал нийлэхгүй байна. Одоо AMS-02-ийн антипротоны өгөгдлийг ердийн астрофизикийн эх сурвалжаар тайлбарлаж болно гэж үзэж байна. Ямар нэг байдлаар хүн бүр AMS-02-ийн позитрон ба антипротоны шинэ өгөгдлийг тэсэн ядан хүлээж байна.
AMS-02 аль хэдийн сая сая позитрон, дөрөвний нэг сая антипротоныг илрүүлжээ. Гэхдээ энэ суулгацыг бүтээгчид дор хаяж нэг антинуклеус барих гэсэн тод мөрөөдөлтэй байдаг. Энэ бол жинхэнэ мэдрэмж байх болно - антицөмүүд сансар огторгуйн хаа нэгтээ төрж, бидэн рүү нисэх нь үнэхээр гайхалтай юм. Одоогоор ийм тохиолдол илрээгүй ч мэдээлэл цуглуулсаар байгаа бөгөөд байгаль бидэнд ямар сюрприз бэлдэж байгааг хэн мэдэх билээ.
Эсрэг бодис - таталцлын эсрэг? Тэр хүндийн хүчийг хэрхэн мэдэрдэг вэ?
Хэрэв бид зөвхөн туршилтаар батлагдсан физикт найдаж, хараахан батлагдаагүй чамин онол руу орохгүй бол таталцал нь материйн эсрэг бодис дээр яг адилхан үйлчлэх ёстой. Антиматерийн эсрэг таталцал үүсэхгүй. Хэрэв бид мэдэгдэж байгаа хязгаараас цааш бага зэрэг харахыг зөвшөөрвөл ердийн бүх нийтийн таталцлын хүчнээс гадна матер ба антиматерт өөр өөр үйлчилдэг нэмэлт зүйл байх үед онолын хувьд боломжтой сонголтууд байдаг. Энэ боломж хичнээн хуурмаг мэт санагдаж байсан ч туршилтаар баталгаажуулах шаардлагатай бөгөөд үүний тулд антиматер дэлхийн таталцлыг хэрхэн мэдэрдгийг шалгах туршилт хийх шаардлагатай.
Удаан хугацааны туршид үүнийг хийх боломжгүй байсан бөгөөд үүний тулд бие даасан антиматер атомуудыг бий болгож, тэдгээрийг барьж, тэдэнтэй туршилт хийх шаардлагатай байдаг. Одоо бид үүнийг хэрхэн хийхийг сурсан тул удаан хүлээгдэж буй сорилт удахгүй болно.
Үр дүнгийн гол нийлүүлэгч нь эсрэг бодисыг судлах өргөн хүрээний хөтөлбөртэй ижил CERN юм. Эдгээр туршилтуудын зарим нь эсрэг бодисын таталцал сайн гэдгийг шууд бусаар аль хэдийн баталсан. Жишээлбэл, тэрээр антипротоны (инерт) масс нь протоны масстай маш өндөр нарийвчлалтайгаар таарч байгааг олж мэдсэн. Хэрэв таталцлын хүч антипротонуудад өөрөөр үйлчилдэг байсан бол физикчид ялгааг анзаарах байсан - эцэст нь харьцуулалтыг ижил суурилуулалт, ижил нөхцөлд хийсэн. Энэхүү туршилтын үр дүн: антипротонуудад хүндийн хүчний нөлөө нь протонд үзүүлэх нөлөөтэй давхцаж, нэг саяас илүү нарийвчлалтай байна.
Гэсэн хэдий ч энэ хэмжилт нь шууд бус юм. Илүү үнэмшилтэй байхын тулд би шууд туршилт хийхийг хүсч байна: хэд хэдэн антиматер атомыг авч, тэдгээрийг хаяж, таталцлын талбарт хэрхэн унахыг хараарай. Ийм туршилтыг CERN-д хийж эсвэл бэлтгэж байна. Эхний оролдлого тийм ч гайхалтай байсангүй. 2013 онд ALPHA туршилт буюу тэр үед антиустөрөгчийн үүлийг урхиндаа барьж сурсан байсан бөгөөд урхи унтарсан тохиолдолд антиатомууд хаашаа унахыг тодорхойлохыг оролдсон. Харамсалтай нь туршилтын мэдрэмж бага байсан тул хоёрдмол утгагүй хариулт авах боломжгүй байсан: хэтэрхий бага хугацаа өнгөрч, антиатомууд урхинд нааш цааш гүйж, энд тэндгүй устгалын дэгдэлт гарч байв.
Cern-ийн өөр хоёр туршилт нь нөхцөл байдлыг эрс сайжруулахыг амлаж байна: GBAR болон AEGIS. Эдгээр туршилтуудын аль аль нь таталцлын талбарт хэт хүйтэн устөрөгчийн эсрэг үүл хэрхэн унахыг янз бүрийн аргаар шалгах болно. Антиматерийн таталцлын хурдатгалыг хэмжих тэдний хүлээгдэж буй нарийвчлал нь ойролцоогоор 1% байна. Хоёр суурилуулалт одоогоор угсрах, дибаг хийх шатандаа явж байгаа бөгөөд үндсэн судалгаа 2017 онд эхлэх бөгөөд энэ үед AD антипротон зохицуулагчийг шинэ ELENA хадгалах цагираг нөхөх болно.
Хатуу биет дэх позитроны төлөв байдлын хувилбарууд.
Зураг: nature.com
Позитрон бодис руу орвол юу болох вэ?
Кварцын гадаргуу дээр молекул позитроний үүсэх.
Зураг: Клиффорд М.Сурко / Атомын физик: Эсрэг бодисын шөл
Хэрэв та энэ хүртэл уншсан бол антиматерийн бөөмс энгийн матерт ормогц устаж үгүй болдог: бөөмс болон эсрэг бөөмс алга болж, цацраг болж хувирдаг гэдгийг та аль хэдийн сайн мэдэж байгаа. Гэхдээ энэ нь хэр хурдан болдог вэ? Вакуумаас нисч хатуу бодис руу орсон позитроныг төсөөлье. Анхны атомтай шүргэлцэхэд энэ нь устах уу? Огт шаардлагагүй! Электрон ба позитроныг устгах нь агшин зуурын үйл явц биш юм; энэ нь атомын хэмжүүр дээр удаан хугацаа шаарддаг. Тиймээс позитрон нь материйн хувьд өчүүхэн бус үйл явдлуудаар дүүрэн гэрэлт амьдралаар амьдарч чаддаг.
Нэгдүгээрт, позитрон нь өнчин электроныг авч, позитроний (Ps) холбогддог төлөвийг үүсгэдэг. Тохиромжтой эргэх чиглэлтэй бол позитроний устахаасаа өмнө хэдэн арван наносекунд амьдрах боломжтой. Хатуу биетийн хувьд энэ хугацаанд тэрээр атомуудтай сая сая удаа мөргөлдөх цагтай болно, учир нь тасалгааны температурт позитроний дулааны хурд 25 км/сек орчим байдаг.
Хоёрдугаарт, бодис руу урсах үед позитроний гадаргуу дээр гарч ирж, тэнд наалддаг - энэ бол атомын шингээлтийн позитроник (эсвэл позитроний) аналог юм. Өрөөний температурт энэ нь нэг газар суудаггүй, харин гадаргуугийн дагуу идэвхтэй хөдөлдөг. Хэрэв энэ нь гаднах гадаргуу биш, харин нанометрийн хэмжээтэй нүх байвал позитрониум нь удаан хугацаанд хадгалагддаг.
Цаашид - илүү. Ийм туршилтын стандарт материал болох сүвэрхэг кварцын нүх сүв нь тусгаарлагдаагүй, харин нано сувгаар нэгдсэн сүлжээнд холбогдсон байдаг. Гадаргуугийн дагуу мөлхөж буй халуун позитроний нь олон зуун нүх сүвийг шалгах цаг гаргах болно. Ийм туршилтаар маш их позитрониум үүсч, бараг бүгдээрээ нүх сүв рүү мөлхдөг тул эрт орой хэзээ нэгэн цагт бие биетэйгээ мөргөлдөж, харилцан үйлчилж, заримдаа жинхэнэ молекулуудыг үүсгэдэг - молекул позитрониум, Ps 2. Дараа нь та позитроний хий хэрхэн ажилладаг, позитроний ямар өдөөлттэй төлөвүүд гэх мэтийг судалж болно. Эдгээрийг зөвхөн онолын үүднээс авч үзэх гэж бүү бодоорой; Эдгээр бүх нөлөөг аль хэдийн туршиж, туршилтаар судалж үзсэн.
Антиматер нь практик хэрэглээтэй юу?
Мэдээжийн хэрэг. Ер нь аливаа физик үйл явц, хэрэв энэ нь бидний ертөнцийн шинэ талыг нээж өгч, нэмэлт зардал шаарддаггүй бол практик хэрэглээг олох нь гарцаагүй. Түүгээр ч барахгүй, хэрэв бид энэ үзэгдлийн шинжлэх ухааны талыг нээж, судалж үзээгүй бол бид өөрсдөө тааварлахгүй байх байсан.
Эсрэг бөөмийн хамгийн алдартай хэрэглээ бол PET, позитрон ялгаралтын томограф юм. Ерөнхийдөө цөмийн физик нь анагаах ухаанд хэрэглэх гайхалтай туршлагатай бөгөөд эсрэг бөөмс энд бас хоосон байдаггүй. PET-ийн тусламжтайгаар өвчтөний биед богино хугацаанд (минутаас хэдэн цаг хүртэл) тогтворгүй изотоп агуулсан эмийг бага тунгаар тарьж, эерэг бета задралын улмаас ялзардаг. Мансууруулах бодис нь хүссэн эд эсэд хуримтлагдаж, бөөм нь задарч, позитрон ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь ойролцоо устгаж, тодорхой энергийн хоёр гамма квант үүсгэдэг. Илрүүлэгч нь тэдгээрийг бүртгэж, ирэх чиглэл, цагийг тодорхойлж, ялзрал болсон газрыг сэргээдэг. Энэ нь орон зайн өндөр нарийвчлалтай, цацрагийн хамгийн бага тунгаар материйн тархалтын гурван хэмжээст зураглал хийх боломжтой болгодог.
Позитроныг мөн материалын шинжлэх ухаанд, жишээлбэл, бодисын сүвэрхэг чанарыг хэмжихэд ашиглаж болно. Хэрэв бодис тасралтгүй байвал хангалттай гүнд агуулагдах позитронууд маш хурдан устаж, гамма туяа ялгаруулдаг. Хэрэв бодисын дотор нано нүх сүв байвал позитроний нүх сүвний гадаргуу дээр наалддаг тул устах нь удааширдаг. Энэхүү сааталыг хэмжсэнээр аливаа бодисын нано сүвэрхэг байдлын зэргийг хүрэлцэхгүй, үл эвдэх аргаар тодорхойлох боломжтой. Гадаргуу дээр уур хуримтлагдах үед хамгийн нимгэн мөсний давхаргад нано нүх сүв хэрхэн үүсч, хаагддаг талаарх сүүлийн үеийн ажлаар энэхүү техникийг харуулсан болно. Үүнтэй төстэй арга нь хагас дамжуулагч талстуудын бүтцийн согог, жишээлбэл, сул орон зай, мултрал зэргийг судлахад ажилладаг бөгөөд материалын бүтцийн ядаргааг хэмжих боломжийг олгодог.
Антипротонууд нь эмнэлгийн хэрэглээтэй байж болно. Одоо CERN-д антипротон цацрагийн амьд эсэд үзүүлэх нөлөөг судалдаг ACE туршилтыг хийж байна. Үүний зорилго нь хорт хавдрын эмчилгээнд антипротоныг ашиглах хэтийн төлөвийг судлах явдал юм.
Бодисоор дамжин өнгөрөхөд ионы туяа болон рентген туяаны энерги ялгарах.
Зураг: Йоханнес Гутлебер / CERN
Энэ санаа нь уншигчийг зуршилгүй айдас төрүүлж магадгүй юм: антипротон туяа амьд хүнийг хэрхэн цохих вэ?! Тийм ээ, энэ нь гүн хавдрыг рентген туяагаар туяарахаас хамаагүй аюулгүй юм! Тусгайлан сонгосон энергийн антипротон туяа нь мэс засалчийн гарт үр дүнтэй хэрэгсэл болж, биеийн гүн дэх хавдрыг шатааж, хүрээлэн буй эдэд үзүүлэх нөлөөллийг багасгах боломжтой болдог. Цацрагийн дор унасан бүх зүйлийг шатаадаг рентген туяанаас ялгаатай нь хүнд цэнэгтэй хэсгүүд бодисоор дамжин өнгөрөхдөө зогсохоосоо өмнө сүүлийн сантиметр дэх энергийн ихэнх хэсгийг ялгаруулдаг. Бөөмийн энергийг тохируулснаар та бөөмс зогсох гүнийг өөрчилж болно; Цацрагийн гол нөлөөг миллиметрээр хэмждэг энэ бүс нутаг юм.
Энэ төрлийн протоны цацраг туяа эмчилгээг дэлхийн олон сайн тоноглогдсон эмнэлгүүдэд эртнээс хэрэглэж ирсэн. Сүүлийн үед тэдний зарим нь протоноос илүү нүүрстөрөгчийн ионуудын цацрагийг ашигладаг ионы эмчилгээнд шилжсэн. Тэдний хувьд эрчим хүчний ялгаралын дүр төрх нь илүү ялгаатай бөгөөд энэ нь "эмчилгээний үр нөлөө, гаж нөлөө" хосын үр нөлөөг нэмэгдүүлдэг гэсэн үг юм. Гэхдээ энэ зорилгоор антипротоныг туршиж үзэхийг эртнээс санал болгосоор ирсэн. Эцсийн эцэст, тэд бодис руу орохдоо кинетик энергийг орхиод зогсохгүй зогссоны дараа устгадаг - энэ нь энергийн ялгаралтыг хэд хэдэн удаа нэмэгдүүлдэг. Энэ нэмэлт энерги хаана хуримтлагдаж байгаа нь нарийн төвөгтэй асуудал бөгөөд эмнэлзүйн туршилт эхлэхээс өмнө сайтар судлах шаардлагатай.
ACE туршилт яг үүнийг хийдэг. Үүнд судлаачид бактерийн өсгөвөр агуулсан кюветтээр дамжуулан антипротоны цацрагийг дамжуулж, тэдгээрийн оршин тогтнох чадварыг байршил, цацрагийн параметр, хүрээлэн буй орчны физик шинж чанараас хамааруулан хэмждэг. Энэхүү аргачлалтай, магадгүй уйтгартай техникийн мэдээлэл цуглуулах нь аливаа шинэ технологийн эхний чухал үе шат юм.
Игорь Иванов
“Антиматери нь физик, химийн хувьд материас огт ялгаагүй. Үнэн хэрэгтээ энэ бол ижил асуудал, зөвхөн дотор нь эргэв. Бидний физик, химийн лавлах номууд нь проционидын хувьд яг л бидэнд тохирсон байдаг. Тэд ижил хэв маяг, ижил элементүүдтэй ижил урвалыг дүрсэлдэг. Зөвхөн тэдний хувьд бидний зүйл бол эсрэг бодис юм. Асуулт бол аль талаас нь харах вэ? (Кшиштоф Борун, "Антимир", 1963)
Антиматерийн оршин тогтнох боломжийн тухай санааг сонгодог физикийн эрин үед буюу 19-р зууны төгсгөлд илэрхийлж байжээ.
Устөрөгч ба устөрөгчийн эсрэгтөрөгч нь бүтцийн хувьд бүрэн ижил байдаг - тэдгээр нь адрон ба лептоноос бүрдэнэ. Эхний тохиолдолд гурван кваркаас (хоёр дээш, нэг доошоо) эерэг цэнэгтэй протон, сөрөг цэнэгтэй электрон нь танил устөрөгчийн атомыг үүсгэдэг. Устөрөгчийн эсрэгтөрөгч нь сөрөг цэнэгтэй антипротоноос бүрдэх ба энэ нь эргээд харгалзах гурван антикварк ба эерэг цэнэгтэй позитрон (электроны эсрэг бөөмс) -ээс бүрддэг.
Бага энергитэй тохиолдолд электрон ба позитроныг устгах нь дор хаяж хоёр (энэ нь импульс хадгалагдахтай холбоотой) фотон үүсгэдэг. Энэ үйл явцыг Фейнманы диаграм гэж нэрлэгддэг схемийн дагуу бүдүүвчээр дүрсэлж болно. Тодорхой энергийн босго давсан тохиолдолд "виртуал" фотонууд төрөхөд устаж үгүй болох ба тэдгээр нь дахин хурдан хос электрон ба позитрон болж задардаг.
Матери ба эсрэг бодисыг устгах компьютерийн загвар. Улаан шугамууд нь позитроныг устгах явцад эсрэг чиглэлд нисдэг фотонууд, шар зураасууд нь антипротонуудыг устгах явцад үүссэн бөөмс юм. Замууд нь нэг цэгээс ирдэг - энэ нь антипротон ба позитронууд нь устөрөгчийн эсрэг атом үүсгэдэг болохыг нотолж байна (CERN-д ATHENA туршилт)
Дармштадт дахь FAIR олон улсын төвийн PANDA туршилтын цаг хугацааны проекцын танхим
Эсрэг бөөмсийг нээсэн нь 20-р зууны физикийн хамгийн том ололт гэж зүй ёсоор тооцогддог. Энэ нь анх удаа материйн тогтворгүй байдлыг хамгийн гүн, хамгийн суурь түвшинд нотолсон юм. Үүнээс өмнө манай ертөнцийн матери хэзээ ч алга болдоггүй, дахин төрдөггүй энгийн бөөмсөөс бүрддэг гэдэгт бүгд итгэлтэй байсан. Бараг 80 жилийн өмнө электрон ба түүний эерэг цэнэгтэй ихэр хоорондоо уулзахдаа алга болж, цахилгаан соронзон цацрагийн квант үүсдэг нь нотлогдсоноор энэхүү энгийн дүр зураг түүхэнд үлджээ. Хожим нь бичил ертөнцийн тоосонцор ерөнхийдөө бие биедээ болон олон талаараа хувирах хандлагатай болох нь тогтоогдсон. Эсрэг бөөмсийг нээсэн нь материйн мөн чанарын талаархи үндсэн санааг эрс өөрчлөх эхлэлийг тавьсан юм.
Антиматери оршин тогтнох боломжтой гэсэн санааг анх 1898 онд илэрхийлсэн - англи хүн Артур Шустер "Nature" сэтгүүлд маш тодорхой бус тэмдэглэл нийтэлсэн нь электроныг саяхан нээсэн байж магадгүй юм. "Хэрэв сөрөг цахилгаан байдаг бол яагаад сөрөг цэнэгтэй, ижил шаргал өнгөтэй, ижил хайлах цэгтэй, ижил спектртэй алт байж болохгүй гэж?" Гэж Шустер асуув. Дараа нь дэлхийн шинжлэх ухааны уран зохиолд анх удаа "антиатом", "эсрэг бодис" гэсэн үгс гарч ирэв. Шустер антиатомуудыг таталцлын хүчээр бие биедээ татдаг боловч энгийн бодисоор түлхэгддэг гэж үздэг.
Антиэлектроныг албан ёсоор нээхээс өмнө туршилтаар анзаарсан. Үүнийг Ленинградын физикч Дмитрий Скобельцин хийсэн бөгөөд 1920-иод онд соронзон орон дотор байрлуулсан үүлэн камерт электронууд гамма цацрагийн тархалтыг судалж байжээ. Тэрээр электрон гарал үүсэлтэй мэт зарим мөр буруу тийшээ нугалж байгааг анзаарчээ. Гол нь мэдээжийн хэрэг гамма квант нь бодистой харилцан үйлчлэлцэх үед соронзон орон дотор эсрэг чиглэлд эргэлддэг электрон ба позитроныг үүсгэж чаддагт оршино. Мэдээжийн хэрэг, Скобельцин үүнийг мэдээгүй бөгөөд хачирхалтай үр нөлөөг тайлбарлаж чадахгүй байсан ч 1928 онд Кембрижид болсон олон улсын бага хурал дээр энэ тухай мэдээлжээ. Сонирхолтой тохиолдлоор жилийн өмнө залуу онолын физикч Пол Дирак Кембрижийн Гэгээн Жонны коллежийн зөвлөлд сонгогдсон бөгөөд судалгаа нь эцэстээ эдгээр гажигийг тайлбарлах боломжтой болсон юм.
Диракийн тэгшитгэл
1926 онд Австрийн Эрвин Шрөдингер квант механикаар зохицуулагддаг харьцангуй бус бөөмсүүдийн зан төлөвийг тодорхойлсон тэгшитгэлийг боловсруулсан бөгөөд энэ нь шийдлүүд нь бөөмийн төлөв байдлыг тодорхойлдог дифференциал тэгшитгэл юм. Шрөдингерийн тэгшитгэл нь өөрийн өнцгийн импульсгүй бөөмийг дүрсэлсэн байдаг - спин (өөрөөр хэлбэл орой шиг ажилладаггүй). Гэсэн хэдий ч 1926 онд электронууд нь хоёр өөр утгатай байж болох спинтэй байдаг нь аль хэдийн мэдэгдэж байсан: ойролцоогоор хэлэхэд, электрон дээд хэсгийн тэнхлэг нь зөвхөн хоёр эсрэг чиглэлд орон зайд чиглэгддэг (жилийн дараа протонуудын хувьд ижил төстэй нотолгоог олж авсан). . Үүний зэрэгцээ Швейцарийн онолч Вольфганг Паули электроны хувьд Шредингерийн тэгшитгэлийг ерөнхийд нь гаргасан бөгөөд ингэснээр эргэлтийг харгалзан үзэх боломжийг олгосон. Тиймээс спинийг эхлээд туршилтаар нээж, дараа нь Шредингерийн тэгшитгэлд зохиомлоор ногдуулсан.
Эйнштейний харьцангуй механикт чөлөөт бөөмийн энергийн томъёо нь Ньютоны механикаас илүү төвөгтэй харагдаж байна. Эйнштейний томъёог квант тэгшитгэл болгон хөрвүүлэх нь тийм ч хэцүү биш бөгөөд Шрөдингер болон түүний үеийн гурван хүн үүнийг хийсэн. Гэхдээ ийм тэгшитгэлийн шийдлүүд нь тодорхой цэгт бөөмсийг олох магадлал нь сөрөг болж хувирч болохыг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь ямар ч физик утгагүй юм. Шинэ тэгшитгэлийн математик бүтэц (Клейн-Гордоны тэгшитгэл гэж нэрлэдэг) харьцангуйн онолоос (албан ёсны хэлээр бол харьцангуй инвариант биш) зөрж байгаатай холбоотой бусад бэрхшээлүүд үүсдэг.
1927 онд Дирак энэ асуудлын талаар бодож байсан. Инвариант байдлыг хадгалахын тулд тэрээр тэгшитгэлд энерги ба импульсийн операторуудын квадратуудыг биш, харин эхний хүчийг оруулсан. Тэгшитгэлийг энэ хэлбэрээр бичихийн тулд бид эхлээд Паулигийнхаас илүү төвөгтэй 4х4 матрицуудыг оруулах шаардлагатай болсон. Энэ тэгшитгэл нь дөрвөн эквивалент шийдтэй бөгөөд хоёр тохиолдолд электрон энерги эерэг, хоёр тохиолдолд сөрөг байна.
Эндээс л гацаа үүссэн. Эхний хос шийдлүүдийг энгийнээр тайлбарлав - энэ бол эргэх төлөв бүрийн ердийн электрон юм. Хэрэв бид Диракийн тэгшитгэлд цахилгаан соронзон орон нэмбэл электрон зөв соронзон моменттэй болох нь амархан харагдана. Энэ нь Диракийн онолын хувьд асар том амжилт байсан бөгөөд электроныг ямар ч нэмэлт таамаглалгүйгээр эргүүлэх болон соронзон моментоор хангасан юм. Гэсэн хэдий ч эхний ээлжинд үлдсэн шийдвэрүүдийг юу хийхээ хэн ч шийдэж чадахгүй байв. Ньютоны болон Эйнштейний механикийн аль алинд нь чөлөөт бөөмийн энерги хэзээ ч сөрөг байдаггүй бөгөөд тэгээс бага энергитэй бөөмсүүд толгой эргүүлдэг байв. Нэмж дурдахад энгийн электронууд яагаад Диракийн онолоор таамагласан илт бага энергитэй төлөвт ордоггүй, атомын бүрхүүл дэх электронууд энэ боломжийг алддаггүй нь тодорхойгүй байв.
Утга хайх
Хоёр жилийн дараа Дирак парадоксик шийдлүүдийн маш сайхан тайлбарыг олсон. Паули зарчмын дагуу хоёр электрон (хагас бүхэл спинтэй аливаа бөөмс шиг) нэгэн зэрэг ижил квант төлөвт байж болохгүй. Диракийн хэлснээр сөрөг энергитэй бүх төлөвүүд аль хэдийн дүүрсэн байдаг бөгөөд эерэг энергийн бүсээс эдгээр төлөвт шилжихийг Паули зарчмаар хориглодог. Тиймээс сөрөг энергитэй электронуудын Дирак далай нь зарчмын хувьд ажиглагдахгүй, гэхдээ тэнд сул орон тоо байхгүй тохиолдолд л ажиглагддаг. Хэрэв электрон сөрөг энергийн түвшингээс эерэг түвшинд (жишээлбэл, цахилгаан соронзон цацрагийн хангалттай хүчтэй квантаар) тасарсан тохиолдолд ийм хоосон орон зай үүсч болно. Электрон далай нь сөрөг цэнэгийн нэгжийг алдах тул үүссэн хоосон орон зай (Дирак үүнийг нүх гэж нэрлэдэг) цахилгаан талбарт эерэг цэнэгтэй бөөмс шиг ажиллах болно. Үүнтэй ижил логикоор электрон хэвийн төлөвөөс ийм нүх рүү унах нь электрон болон нүх хоёулаа алга болж, нэг фотон ялгарахад хүргэдэг.
Диракийн нүхнүүд бодит ертөнцөд хэрхэн илэрдэг вэ? Эхлээд Дирак тэднийг протонтой нь тодорхойлж, 1930 онд "Nature" сэтгүүлд бичжээ. Хамгийн багаар бодоход хачирхалтай байсан - протон нь электроноос 2000 дахин хүнд. Ирээдүйн академич, Нобелийн шагналт Игорь Тамм, атомын бөмбөгийн ирээдүйн эцэг Роберт Оппенхаймер нар илүү ноцтой эсэргүүцлийг дэвшүүлж, устөрөгчийн атом бүр устах аюулд тулгардаг бөгөөд энэ нь байгальд тохиолддоггүй гэж тэмдэглэжээ. Дирак удалгүй энэ таамаглалаасаа татгалзаж, 1931 оны 9-р сард цоорхойг илрүүлж чадвал туршилтын физикт үл мэдэгдэх цоо шинэ тоосонцор болно гэж таамагласан өгүүлэл нийтлэв. Тэр тэднийг антиэлектрон гэж нэрлэхийг санал болгов.
Диракийн загвар нь бөөмс болон эсрэг бөөмстэй ижил бодит байдлыг холбодог квант электродинамик ба квант талбайн онолыг бий болгосны дараа түүхэнд үлджээ. Мөн квант электродинамикаас үзэхэд чөлөөт электрон эсрэг электронтой уулзах нь дор хаяж хос квант үүсгэхэд хүргэдэг тул энэ хэсэгт загвар нь зүгээр л буруу байна. Ихэнхдээ Диракийн тэгшитгэл нь бүтээгчийн санал болгосон тайлбараас хамаагүй ухаалаг болсон.
Антиэлектроны нээлт
Өмнө дурьдсанчлан позитроныг Дмитрий Скобельцин ажигласан. 1930 онд Калтекийн төгсөх ангийн оюутан Чун-Яо Чао гамма цацрагийг тугалган цаасаар дамжуулж байгааг судалж байхдаа тэдэнтэй тааралдав. Энэ туршилтаар электрон-позитрон хосууд үүссэн бөгөөд үүний дараа шинэ төрсөн позитронууд атомын бүрхүүлийн электронуудаар устгаж, хоёрдогч гамма цацраг үүсгэсэн бөгөөд үүнийг Чао тэмдэглэжээ. Гэсэн хэдий ч олон физикчид үр дүнд нь эргэлзэж, энэ ажлыг хүлээн зөвшөөрөөгүй.
Чаогийн удирдагч нь Калтекийн ерөнхийлөгч, Нобелийн шагналт Роберт Милликан байсан бөгөөд тэр үед сансрын туяан дээр ажиллаж байсан (тэр энэ нэр томъёог анх гаргасан). Милликан тэдгээрийг гамма цацрагийн урсгал гэж үзсэн тул атомуудыг электрон ба протон болгон хуваах болно гэж найдаж байсан (нейтроныг хожим 1932 онд нээсэн). Милликан энэ таамаглалыг өөрийн төгсөгчдийн өөр нэг оюутан, бас Чаогийн найз Карл Андерсонд туршиж үзэхийг санал болгов. Тэрээр Скобельцин шиг маш хүчирхэг цахилгаан соронзонд холбогдсон үүлний камер ашиглахаар шийджээ. Андерсон мөн цэнэгтэй бөөмсийн ул мөрийг олж авсан бөгөөд тэдгээр нь электронуудын замаас гаднах төрхөөрөө ялгаатай биш, харин эсрэг чиглэлд муруйсан байв. Эхлээд тэрээр тэдгээрийг дээрээс доошоо биш, харин доороос дээш хөдөлдөг электронуудтай холбосон. Удирдлагын үүднээс тэрээр камерын төвд 6 мм зузаантай тугалган хавтанг суурилуулсан. Хавтан дээрх электрон хэлбэрийн хэсгүүдийн момент нь тасалгааны доод хэсгийнхээс хоёр дахин их байсан нь тогтоогдсон бөгөөд үүний дараа бүх хэсгүүд дээрээс доошоо хөдөлж байв. Үүнтэй ижил техник нь хэвийн бус эргэлттэй бөөмс нь протон байж чадахгүй гэдгийг нотолсон - тэдгээр нь хар тугалганы дэлгэцэнд гацах болно.
Андерсон эцэст нь бараг бүх хэвийн бус замууд нь эерэг цэнэгтэй ямар нэгэн төрлийн гэрлийн бөөмсүүдэд хамаардаг гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. Гэсэн хэдий ч Милликен үүнд итгээгүй бөгөөд Андерсон даргынхаа зөвшөөрөлгүйгээр шинжлэх ухааны хэвлэлд нийтлэхийг хүсээгүй. Тиймээс тэрээр алдартай "Science News Letter" сэтгүүлд бичсэн богино захидлаар хязгаарлагдаж, хэвийн бус замын зургийг хавсаргав. Андерсоны тайлбарыг хүлээн зөвшөөрсөн редактор шинэ бөөмсийг позитрон гэж нэрлэхийг санал болгов. Энэ гэрэл зургийг 1931 оны арванхоёрдугаар сард нийтэлсэн.
Дирак 9-р сард антиэлектрон байдаг гэсэн таамаглалыг нийтэлсэн гэдгийг санаарай. Гэсэн хэдий ч Андерсон, Милликан хоёр түүний онолын талаар бараг юу ч мэддэггүй байсан бөгөөд түүний мөн чанарыг бараг ойлгодоггүй байв. Иймээс позитроныг Диракийн эсрэг электронтой тодорхойлох нь Андерсоны санаанд ороогүй юм. Тэрээр Милликаныг өөрийнхөө зөв гэдэгт итгүүлэх гэж удаан оролдсон боловч амжилтанд хүрээгүй тул 1932 оны 9-р сард "Science" сэтгүүлд өөрийн ажиглалтын тухай тэмдэглэл нийтэлжээ. Гэсэн хэдий ч энэ ажилд бид электрон ихрийн тухай биш, харин масс нь протоны массаас хамаагүй бага, үл мэдэгдэх төрлийн эерэг цэнэгтэй бөөмийн тухай л ярьж байна.
Антиэлектроныг тодорхойлох дараагийн алхамыг урьдчилан таамаглаж байсан газар - Кембридж хотод хийсэн. Английн физикч Патрик Блэкетт болон түүний Италийн мэргэжил нэгт Жузеппе Оккиалини нар агуу Рутерфордын тэргүүлдэг алдарт Кавендиш лабораторид сансрын туяаг судалжээ. Оккиалини Вилсоны танхимыг электрон хэлхээгээр (түүний нутаг нэгт Бруно Росси зохион бүтээсэн) тоноглохыг санал болгов, энэ нь Гейгер тоолуур нэгэн зэрэг идэвхжсэн тохиолдолд камерыг асаадаг бөгөөд тэдгээрийн нэг нь камерын дээр, нөгөө нь доор байрладаг. 1932 оны намар түншүүд сансрын гаралтай цэнэглэгдсэн тоосонцортой холбоотой байж болох 700 орчим гэрэл зургийг хүлээн авчээ. Тэдгээрийн дотор соронзон орон дахь электрон ба позитронуудаас үүссэн V хэлбэрийн хос замууд байсан.
Блэкетт Диракийн таамагласан антиэлектроны талаар мэддэг байсан ч түүний онолыг нухацтай авч үзээгүй. Дирак өөрөө ч Блэкеттийн гэрэл зургуудаас өөрийн таамагласан бөөмсийг хараагүй. Үүний үр дүнд Блэкетт, Оккиалини нар Андерсоны 9-р сарын хэвлэлтэй танилцсаны дараа л гэрэл зургуудаа зөв тайлбарлав. Тэд 1933 оны 2-р сарын 7-нд "Proceedings of the Royal Society" сэтгүүлийн редакцид хүрсэн "Нэвтсэн цацрагийн ул мөрийн гэрэл зураг" гэсэн даруухан гарчигтай нийтлэлдээ олж мэдсэнээ танилцуулсан. Энэ үед Андерсон Кавендишийн өрсөлдөгчдийн талаар мэдэж, үр дүнгээ 2-р сарын 28-ны өдөр Физик тойм сэтгүүлд нийтлэгдсэн "Эерэг электрон" хэмээх дөрвөн хуудас цаасан дээр хангалттай танилцуулсан байв. Андерсоны тэргүүлэх чиглэлийг өмнөх хэвлэлүүд тогтоосон тул тэрээр позитроныг нээснийхээ төлөө ганцаараа Нобелийн шагнал хүртсэн (1936 онд сансрын туяаг нээсэн Виктор Хессийн хамт). Блэкетт энэ шагналыг 12 жилийн дараа ("Үүлэн камерын ажиглалтын аргыг сайжруулж, цөмийн физик, сансар огторгуйн цацрагийн салбарт нээлт хийснийхээ төлөө" гэсэн бичээстэй) хүртсэн боловч Оккиалини шагналыг тойрч гарсан - улс төрийн шалтгаанаар энэ шагналыг авсан гэж үздэг. .
Удалгүй позитроны судалгаа үсрэнгүй урагшиллаа. Парисын физикч Жан Тибо цацраг идэвхт эх үүсвэрээс хар тугалга дахь гамма квантыг дарангуйлснаар хуурай газрын гаралтай электрон-позитрон хосыг ажиглав. Тэрээр хоёр бөөмийн хувьд цэнэгийн массын харьцааны үнэмлэхүй утга нь маш өндөр нарийвчлалтай давхцаж байгааг нотолсон. 1934 онд Фредерик Жолиот, Ирен Кюри нар цацраг идэвхт задралаас позитрон үүсдэг болохыг олж мэдэв. Тиймээс 20-р зууны 30-аад оны дунд үе гэхэд Диракийн таамаглаж байсан антиэлектронууд байдаг нь батлагдсан баримт болжээ.
Антинуклонууд
Сансар огторгуйн туяагаар позитрон үүсгэх механизм эрт дээр үеэс тогтоогдсон. Сансар огторгуйн анхдагч цацраг нь гол төлөв 1 ГэВ-ээс их энергитэй протонуудаас бүрддэг бөгөөд тэдгээр нь агаар мандлын дээд давхаргад атомын цөмтэй мөргөлдөх үед пион болон бусад тогтворгүй хэсгүүдийг үүсгэдэг. Пионууд нь шинэ задралыг үүсгэдэг бөгөөд энэ үед гамма квантууд гарч ирдэг бөгөөд тэдгээр нь бодист удаашрах үед электрон-позитрон хосыг үүсгэдэг.
Хангалттай хурдан протонууд атомын цөмтэй мөргөлдөх үед шууд антипротон ба антинейтрон үүсгэж чаддаг. 20-р зууны дунд үед физикчид ийм өөрчлөлт хийх боломжтой гэдэгт эргэлзэхээ больсон бөгөөд тэдгээрийн ул мөрийг хоёрдогч сансрын туяанаас хайж байв. Зарим ажиглалтын үр дүнг антипротоныг устгасан гэж тайлбарлаж болох ч бүрэн итгэлтэй биш юм. Тиймээс Америкийн физикчид онолын дагуу хоёр төрлийн антинуклоныг олж авах боломжтой байсан 6 ГэВ протоны хурдасгуур барих төслийг санал болгов. Беватрон хэмээх энэхүү машиныг 1954 онд Лоуренс Беркли лабораторид гаргажээ. Жилийн дараа Оуэн Чемберлен, Эмилио Сегре болон тэдний хамтрагчид протоныг зэсийн бай руу харвах замаар антипротон гаргаж авсан. Жилийн дараа ижил суурилуулалтын өөр нэг бүлэг физикчид антинейтроныг бүртгэсэн. 1965 онд CERN болон Brookhaven үндэсний лабораторид антипротон ба антинейтроноос бүрдсэн антидейтерийн цөмүүдийг нэгтгэсэн. 1970-аад оны эхээр ЗСБНХУ-аас Өндөр энергийн физикийн хүрээлэнгийн 70-ГеВ протоны хурдасгагч дээр антигелий-3 (хоёр антипротон ба антинейтрон) ба антитритий (антипротон ба хоёр антинейтрон) цөмүүдийг нэгтгэсэн гэсэн мессеж ирсэн; 2002 онд CERN-ээс хэд хэдэн цайвар антигелийн цөмийг олж авсан. Одоохондоо бүх зүйл урагшлаагүй байгаа тул алтны эсрэг ядаж нэг цөмийн нийлэгжилт нь алс холын ирээдүйн асуудал юм.
Хүний гараар бүтсэн эсрэг бодис
Цөмүүд нь цөм боловч жинхэнэ эсрэг бодис нь бүрэн хэмжээний атомуудыг шаарддаг. Тэдгээрийн хамгийн энгийн нь устөрөгчийн эсрэг атом, антипротон нэмэх позитрон юм. Ийм атомыг анх 1995 онд CERN-д антипротоныг нээснээс хойш 40 жилийн дараа бүтээжээ. Эдгээр нь Их тэсрэлтийн дараа манай орчлон ертөнц оршин тогтнох үед анхны устөрөгчийн атомууд байсан байж магадгүй юм - байгалийн нөхцөлд тэдний төрөх магадлал бараг тэг бөгөөд харь гаригийн технологийн соёл иргэншил оршин тогтнох эсэх нь эргэлзээтэй хэвээр байна.
Энэхүү туршилтыг Германы физикч Вальтер Олертын удирдлаган дор хийжээ. Дараа нь CERN бага энергитэй (ердөө 5.9 МэВ) антипротоныг хадгалдаг LEAR хадгалах цагирагыг ажиллуулсан (энэ нь 1984-1996 он хүртэл ажиллаж байсан). Олертын бүлгийн туршилтаар антипротонуудыг ксенон тийрэлтэт онгоц руу чиглүүлсэн. Антипротонууд энэ хийн цөмтэй мөргөлдсөний дараа электрон-позитрон хосууд үүсч, зарим позитронууд маш ховор (10−17% давтамжтай!) антипротонуудтай нийлж бараг гэрлийн хурдаар хөдөлдөг устөрөгчийн эсрэг атомууд болж хувирав. Цэнэггүй антиатомууд цагираг дотор эргэлдэхээ больж, хоёр детектор руу нисэв. Эхний төхөөрөмжид антиатом бүрийг ионжуулж, суллагдсан позитроныг электроноор устгаж, хос гамма квант үүсгэсэн. Антипротон нь энэ бөөмс алга болохоос өмнө түүний цэнэг, хурдыг тодорхойлж чадсан хоёр дахь детектор руу очсон. Хоёр детекторын өгөгдлийг харьцуулах нь туршилтанд дор хаяж 9 антиустөрөгчийн атомыг нэгтгэсэн болохыг харуулж байна. Удалгүй Фермилабад харьцангуй эсрэг устөрөгчийн атомууд үүссэн.
2000 оны зунаас хойш CERN шинэ AD (Antiproton Decelerator) цагираг ажиллуулж байна. Энэ нь 3.5 ГэВ-ийн кинетик энергитэй антипротонуудыг хүлээн авч, 100 МэВ энерги хүртэл удаашруулж, дараа нь янз бүрийн туршилтуудад ашигладаг. ATHENA болон ATRAP бүлгүүд тэнд антиматер дээр ажиллаж эхэлсэн бөгөөд 2002 онд тэд нэг дор хэдэн арван мянган антиустөрөгчийн атомыг олж авч эхэлжээ. Эдгээр атомууд нь тусгай цахилгаан соронзон саванд (Пеннингийн занга гэж нэрлэгддэг) үүсдэг бөгөөд энд AD-аас ирж буй антипротонууд болон натри-22 задралын үед үүссэн позитронууд холилддог. Ийм хавханд саармаг антиатомуудын амьдралыг зөвхөн микросекундээр хэмждэг нь үнэн (гэхдээ позитрон ба антипротоныг хэдэн сараар хадгалах боломжтой!). Устөрөгчийн эсрэг бодисыг удаан хугацаагаар хадгалах технологийг одоогоор боловсруулж байна.
Харвардын их сургуулийн профессор Жералд Габриэлс ATRAP бүлгийн дарга (ATHENA төсөл аль хэдийн дууссан) Ерөнхий сайдтай ярилцахдаа LEAR-ээс ялгаатай нь AD суурилуулалт нь харьцангуй удаан (физикчдийн хэлснээр хүйтэн) синтез хийх боломжтой гэдгийг онцлон тэмдэглэв. ) устөрөгчийн эсрэг атомууд, тэдгээрийн тусламжтайгаар ажиллах нь илүү хялбар байдаг. Одоо эрдэмтэд антиатомуудыг илүү хөргөж, позитроныг нь бага энергийн түвшинд шилжүүлэхийг оролдож байна. Хэрэв энэ нь амжилтанд хүрвэл антиатомуудыг хүч хавханд илүү удаан барьж, тэдгээрийн физик шинж чанарыг (жишээлбэл, спектрийн шинж чанарыг) тодорхойлох боломжтой болно. Эдгээр үзүүлэлтүүдийг энгийн устөрөгчийн шинж чанаруудтай харьцуулж, эцэст нь антиматер нь бодисоос хэрхэн ялгаатай болохыг ойлгох боломжтой. Цаашид хийх ажил их байна.
АНТИМАТЕР
цөм нь сөрөг цахилгаан цэнэгтэй, позитроноор хүрээлэгдсэн атомуудаас бүрдэх бодис - эерэг цахилгаан цэнэгтэй электронууд. Бидний эргэн тойрон дахь ертөнц бүрэлдэн тогтдог энгийн материйн хувьд эерэг цэнэгтэй цөмүүд сөрөг цэнэгтэй электронуудаар хүрээлэгдсэн байдаг. Антиматераас ялгахын тулд энгийн бодисыг заримдаа зоос (Грек хэлнээс koinos - энгийн) гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч энэ нэр томъёог Оросын уран зохиолд бараг ашигладаггүй. Антиматер нь мөн матери, түүний нэг төрөл учраас "эсрэг бодис" гэсэн нэр томъёо нь бүрэн зөв биш гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Антиматери нь ижил инерцийн шинж чанартай бөгөөд энгийн бодистой адил таталцлыг үүсгэдэг. Матери ба антиматерийн тухай ярихдаа анхан шатны (субат атомын) бөөмсөөс эхлэх нь логик юм. Энгийн бөөмс бүр эсрэг бөөмстэй байдаг; аль аль нь бараг ижил шинж чанартай, гэхдээ тэдгээр нь эсрэг цахилгаан цэнэгтэй байдаг. (Хэрэв бөөм нь төвийг сахисан бол эсрэг бөөмс нь мөн төвийг сахисан боловч бусад шинж чанараараа ялгаатай байж болно. Зарим тохиолдолд бөөмс болон эсрэг бөөмс нь хоорондоо ижил байдаг.) Иймд электрон сөрөг цэнэгтэй бөөм нь позитрон ба эерэг цэнэгтэй протоны эсрэг бөөмс нь сөрөг цэнэгтэй антипротон юм. Позитроныг 1932 онд, антипротоныг 1955 онд; Эдгээр нь нээсэн анхны эсрэг бөөмс байв. Эсрэг бөөмс байдаг гэдгийг 1928 онд Английн физикч П.Дирак квант механикийн үндсэн дээр таамаглаж байжээ. Электрон ба позитрон мөргөлдөх үед тэд устаж үгүй болно, өөрөөр хэлбэл. бөөмс хоёулаа алга болж, мөргөлдөх цэгээс хоёр гамма туяа ялгардаг. Хэрэв мөргөлдөж буй бөөмс бага хурдтай хөдөлдөг бол гамма квант бүрийн энерги 0.51 МэВ байна. Энэ энерги нь электроны "амрах энерги" буюу энергийн нэгжээр илэрхийлэгдсэн түүний тайван масс юм. Хэрэв мөргөлдөж буй бөөмс өндөр хурдтай хөдөлдөг бол гамма цацрагийн энерги нь тэдний кинетик энергийн улмаас илүү их байх болно. Протон антипротонтой мөргөлдөх үед устах нь бас тохиолддог боловч энэ тохиолдолд үйл явц нь илүү төвөгтэй байдаг. Эсрэг бөөмс байдаг тул эсрэг бөөмсөөс эсрэг бөөм үүсч болох уу гэсэн асуулт гарч ирнэ. Энгийн бодисын атомын цөм нь протон ба нейтроноос тогтдог. Хамгийн энгийн цөм нь энгийн устөрөгчийн 1Н изотопын цөм юм; энэ нь нэг протоныг төлөөлдөг. Дейтерийн цөм 2H нь нэг протон, нэг нейтроноос бүрдэнэ; үүнийг детерон гэж нэрлэдэг. Энгийн цөмийн өөр нэг жишээ бол хоёр протон, нэг нейтроноос бүрдэх 3He цөм юм. Антипротон ба антинейтроноос бүрдэх антидейтероныг 1966 онд лабораторид олж авсан; Хоёр антипротон, нэг антинейтроноос бүрдэх анти-3He цөмийг анх 1970 онд олж авсан. Орчин үеийн бөөмийн физикийн дагуу зохих техникийн хэрэгслээр бүх энгийн цөмийн эсрэг цөмийг олж авах боломжтой гэж үздэг. Хэрэв эдгээр антицөмүүд нь зохих тооны позитроноор хүрээлэгдсэн бол тэд эсрэг атом үүсгэдэг. Антиатомууд нь энгийн атомуудтай бараг ижил шинж чанартай байх болно; тэдгээр нь молекулуудыг үүсгэж, тэдгээрээс хатуу, шингэн, хий, түүний дотор органик бодисууд үүсч болно. Жишээлбэл, хоёр антипротон, нэг хүчилтөрөгчийн цөм найман позитронтой хамт энгийн усны H2O-той төстэй усны эсрэг молекул үүсгэж болох ба молекул бүр нь хоёр протон устөрөгчийн цөм, нэг хүчилтөрөгчийн цөм, найман электроноос бүрддэг. Орчин үеийн бөөмсийн онол нь эсрэг ус нь 0 ° C-т хөлдөж, 100 ° C-т буцалгаж, өөрөөр хэлбэл энгийн ус шиг ажиллана гэж таамаглах боломжтой. Ийм үндэслэлийг үргэлжлүүлбэл, бид эсрэг бодисоор бүтээгдсэн эсрэг ертөнц нь бидний эргэн тойрон дахь энгийн ертөнцтэй маш төстэй байх болно гэсэн дүгнэлтэд хүрч чадна. Энэхүү дүгнэлт нь орчлон ертөнц ижил хэмжээний энгийн матери ба эсрэг бодис агуулдаг гэсэн таамаглал дээр үндэслэсэн тэгш хэмтэй ертөнцийн онолуудын эхлэлийн цэг болдог. Бид түүний ердийн материас бүрдэх тэр хэсэгт амьдардаг. Хэрэв эсрэг төрлийн хоёр ижил бодисыг хооронд нь холбож өгвөл позитронтой электронууд, эсрэг цөмтэй цөмүүд устах болно. Энэ тохиолдолд гамма квантууд гарч ирэх бөгөөд тэдгээрийн гадаад төрхөөр нь юу болж байгааг шүүж болно. Дэлхий бол ердийн бодисоос тогтдог тул том хурдасгуур болон сансрын туяанд үүссэн цөөн тооны эсрэг бөөмсийг эс тооцвол түүнд мэдэгдэхүйц хэмжээний эсрэг бодис байдаггүй. Энэ нь бүхэл бүтэн нарны аймагт хамаарна. Ажиглалтаас харахад манай Галактикийн хязгаарлагдмал хэмжээний гамма цацраг үүсдэг. Үүнээс үзэхэд түүний дотор мэдэгдэхүйц хэмжээний антиматер байхгүй гэж олон судлаачид дүгнэжээ. Гэхдээ энэ дүгнэлт нь маргаангүй зүйл биш юм. Жишээлбэл, ойролцоох өгөгдсөн од нь матери эсвэл эсрэг бодисоос бүрдэх эсэхийг тодорхойлох арга одоогоор байхгүй байна; эсрэг бодис од нь ердийн одтой яг ижил спектрийг ялгаруулдаг. Цаашилбал, одны эргэн тойрон дахь орон зайг дүүргэх, одтой ижил төстэй ховор бодис нь эсрэг төрлийн бодисоор дүүрсэн хэсгүүдээс тусгаарлагдсан байх магадлалтай - маш нимгэн өндөр температурт "Лейденцэвдэг давхаргууд". Тиймээс бид эс бүр нь матери эсвэл эсрэг бодис агуулсан од хоорондын болон галактик хоорондын орон зайн "эсийн" бүтцийн тухай ярьж болно. Энэхүү таамаглал нь соронзон мандал ба гелиосфер (гараг хоорондын орон зай) нь эсийн бүтэцтэй болохыг харуулсан орчин үеийн судалгаагаар батлагдсан. Янз бүрийн соронзлолтой, заримдаа өөр өөр температур, нягтралтай эсүүд нь маш нимгэн гүйдлийн бүрхүүлээр тусгаарлагддаг. Энэ нь эдгээр ажиглалтууд нь манай Галактикийн дотор ч эсрэг бодис оршин тогтнохтой зөрчилддөггүй гэсэн гаж дүгнэлтэд хүргэж байна. Хэрэв өмнө нь антиматер байдаг гэсэн итгэл үнэмшилтэй аргументууд байгаагүй бол одоо рентген болон гамма-туяа одон орон судлалын амжилтууд нөхцөл байдлыг өөрчилсөн. Эрчим хүчний асар их, ихэвчлэн эмх замбараагүй ялгаралтай холбоотой үзэгдлүүд ажиглагдсан. Ийм энерги ялгаруулах эх үүсвэр нь устах байсан байх. Шведийн физикч О.Клейн матери ба эсрэг бодисын тэгш хэмийн таамаглалд үндэслэн сансар судлалын онолыг боловсруулж, орчлон ертөнцийн хувьсал, галактикийн бүтэц үүсэхэд устах процесс шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн байна.
Гол өөр онол болох "их тэсрэлт"-ийн онол нь ажиглалтын мэдээлэлтэй ноцтой зөрчилдөж байгаа бөгөөд ойрын ирээдүйд сансар судлалын асуудлыг шийдвэрлэх гол байр суурийг "тэгш хэмийн сансар судлал" эзлэх төлөвтэй байгаа нь улам бүр тодорхой болж байна. Сансар судлалын асуудалд антиматерийн гүйцэтгэх үүргийг зохиолчийн Worlds - Antiworlds: Antimatter in Cosmology (1966) номонд авч үзсэн болно.
Мөн үзнэ үү
КОСМОЛОГИ;
БӨӨМСӨН.
Уран зохиол
Weinberg S. Эхний гурван минут. М., 1981 Silk J. The Big Bang. М., 1982 Davis P. Superpower; байгалийн нэгдмэл онолыг эрэлхийлэх. М., 1989
Коллиерийн нэвтэрхий толь бичиг. - Нээлттэй нийгэм. 2000 .
Синоним:Бусад толь бичгүүдээс "ANTIMATTER" гэж юу болохыг хараарай:
Эсрэг бодис... Зөв бичгийн дүрмийн толь бичиг-лавлах ном
эсрэг бодис- эсрэг бодис/, а/… Хамтдаа. Тус тусад нь. Зураастай.
A; Лхагва Физик. Эсрэг бөөмсөөс үүссэн бодис. ◁ Эсрэг бодис, өө, өө. * * * Эсрэг бодис нь эсрэг бөөмсөөс үүссэн бодис юм. Антиматерийн атомын цөмүүд нь антипротон ба антинейтроноос бүрдэх ба атомын бүрхүүлүүд нь позитронуудаас бүрддэг.... ... Нэвтэрхий толь бичиг
Антиматер бол эсрэг бөөмсөөс бүрдэх бодис юм. Агуулга 1 Properties 2 олж авах 3 зардал ... Википедиа
ANTIMMATER, эсрэг бөөмсөөс тогтсон бодис. Антиматерийн атомын цөм нь антипротон ба антинейтроноос бүрдэх ба электроны үүргийг позитрон гүйцэтгэдэг. Орчлон ертөнц үүссэн эхний мөчүүдэд антиматер ба матери ... ... гэж үздэг. Орчин үеийн нэвтэрхий толь бичиг
Эсрэг бөөмсөөс үүссэн бодис. Антиматерийн атомын цөмүүд нь антипротон ба антинейтронуудаас бүрдэх ба атомын бүрхүүлүүд нь позитронуудаас бүрддэг. Орчлон ертөнцөд антиматерийн хуримтлал хараахан олдоогүй байна. Цэнэглэгдсэн бөөмийн хурдасгуурт хүлээн авсан ... ... Том нэвтэрхий толь бичиг
ЭСРЭГ МАТЕРИАЛ, эсрэг тэмдэгтэй ЦАХИЛГААН ЦЭНЭГЛЭЛ, ЭРГЭЛТ, СОРОНЗОН МӨЧМИЙГ эс тооцвол бүх талаараа энгийн бөөмстэй ижил эсрэг хэсгүүдээс тогтсон бодис. Эсрэг бөөм, жишээлбэл, позитрон байхад...... Шинжлэх ухаан, техникийн нэвтэрхий толь бичиг
Лхагва. Эсрэг бөөмсөөс үүссэн бодис (физикийн хувьд). Ефраимын тайлбар толь бичиг. Т.Ф.Ефремова. 2000... Ефремовагийн орос хэлний орчин үеийн тайлбар толь бичиг
Эсрэг бөөмсөөс үүссэн бодис. Ва-д байгаа атомын цөм нь протон ба нейтроноос бүрдэх ба элн нь атомын бүрхүүлийг бүрдүүлдэг. Атом дахь цөмүүд нь антипротон ба антинейтроноос бүрдэх ба позитронууд нь бүрхүүл дэх электронуудын байрыг эзэлдэг. Орчин үеийн дагуу онол, хор... Физик нэвтэрхий толь бичиг
Нэр үг, синонимын тоо: 1 антиматер (2) ASIS толь бичиг. В.Н. Тришин. 2013… Синонимын толь бичиг
АНТИМАТЕР-аас бүрдэх бодис (харна уу). Орчлон ертөнцөд А.-ийн тархалтын асуудал нээлттэй хэвээр байна... Том Политехникийн нэвтэрхий толь бичиг
Номууд
- Орчлон ертөнц арын толинд байдаг. Бурхан баруун гартай байсан уу? Эсвэл далд тэгш хэм, антиматер болон Хиггс бозон, Голдберг, Дэйв. Та физикт дургүй юу? Та зүгээр л Дэйв Голдбергийн номыг уншаагүй байна! Энэхүү ном нь орчин үеийн физикийн хамгийн сонирхолтой сэдвүүдийн нэг болох үндсэн тэгш хэмийн тухай танд танилцуулах болно. Эцсийн эцэст манайд...
Эсрэг бодис гэдэг нь эсрэг хэсгүүдээс бүрдэх бодис, өөрөөр хэлбэл эсрэг хэсгүүдтэй яг ижил боловч утга, шинж чанараараа эсрэг тэсрэг хэсгүүд юм. Бөөм бүр өөрийн толин тусгалтай байдаг - эсрэг бөөмс. Протон ба нейтроны эсрэг бөөмсийг антипротон, антинейтрон, позитрон гэж нэрлэдэг. Протон ба нейтронууд нь кварк гэж нэрлэгддэг бүр ч жижиг хэсгүүдээс бүрддэг. Антипротон ба антинейтронууд нь антикваркуудаас тогтдог.
Эсрэг бөөмс нь энгийн бодистой ижил төстэй боловч эсрэг цэнэгтэй боловч ижил масстай бөгөөд бусад бүх талаараа ижил төстэй байдаг. Эрдэмтэд эсрэг бодисоос бүтсэн бүхэл бүтэн галактикууд оршин тогтнож магадгүй гэж үздэг. Орчлон ертөнцөд ердийн материас ч илүү антиматер байж магадгүй гэсэн үзэл бодол байдаг. Гэвч бидний эргэн тойрон дахь энгийн ертөнцийн объектууд шиг эсрэг бодисыг харах боломжгүй юм. Энэ нь хүний нүдэнд харагдахгүй.
Ихэнх одон орон судлаачид байгальд антиматер тийм их эсвэл огт байдаггүй гэдэгтэй санал нийлсээр байгаа, эс тэгвээс орчлонд ердийн матери ба эсрэг бодисууд хоорондоо мөргөлддөг, гамма-ийн хүчтэй урсгал дагалддаг олон газар байх байсан. тэдгээрийг устгаснаас үүдэлтэй цацраг . Устгах гэдэг нь энерги ялгарахтай хамт матери ба антиматерийн хэсгүүдийг харилцан устгах явдал юм. Гэсэн хэдий ч ийм бүс нутаг олдсонгүй.
Эсрэг бодис үүсэх боломжтой таамаглалуудын нэг нь их тэсрэлтийн онолтой холбоотой юм. Энэ онол нь бид бүгд сансар огторгуйн тодорхой цэгийн тэлэлтийн үр дүнд бий болсон гэж үздэг. Дэлбэрэлтийн дараа ижил хэмжээний бодис болон эсрэг бодисууд гарч ирэв. Тэднийг бие биенээ устгах үйл явц тэр даруй эхэлсэн. Гэсэн хэдий ч зарим шалтгааны улмаас бага зэрэг илүү матер байсан бөгөөд энэ нь Орчлон ертөнцийг бидний мэддэг хэлбэрээр бий болгох боломжийг олгосон юм.
Антиматерийн шинж чанарыг судлах боломж хомс байгаа тул эрдэмтэд антиматер үүсгэх хиймэл аргуудыг ашигладаг. Үүнийг олж авахын тулд тусгай шинжлэх ухааны төхөөрөмжийг ашигладаг - бөөмийн хурдасгуур, тэдгээрийн дотор бодисын атомыг гэрлийн хурдаар (300,000 км / сек) хурдасгадаг. Зарим бөөмс мөргөлдөх үед тэдгээр нь устаж, улмаар эсрэг бөөмс үүсдэг бөгөөд үүнээс эсрэг бодисыг гаргаж авдаг. Энгийн бодистой харьцах үед антиматер устаж үгүй болдог тул түүнийг хадгалах нь хэцүү асуудал юм. Үүнийг хийхийн тулд үүссэн антиматерийн үр тариаг вакуум болон вакуум дотор байрлуулж, тэдгээрийг түдгэлзүүлж, хадгалах байгууламжийн хананд хүрэхээс сэргийлдэг.
Хэдийгээр эсрэг бодисыг олж авах, судлахад хүндрэлтэй байгаа ч энэ нь бидний амьдралд олон ашиг тусыг өгч чадна. Эдгээр нь бүгд антиматер бодистой харилцан үйлчлэхэд асар их хэмжээний энерги ялгардагт үндэслэсэн байдаг. Түүгээр ч зогсохгүй ялгарч буй энергийн масстай харьцуулсан харьцаа нь ямар ч төрлийн эсвэл тэсрэх бодисоор давж гардаггүй. Устгах дагалдах бүтээгдэхүүн байхгүй, зөвхөн цэвэр энерги. Тиймээс эрдэмтэд үүнийг ашиглахыг аль хэдийн мөрөөдөж эхэлжээ. Жишээлбэл, эцэс төгсгөлгүй нөөцтэй эсрэг бодисын тухай. Устгах хөдөлгүүртэй сансрын хөлөг гэрлийн хурдтай ойролцоо гэрлийн мянган жил аялах боломжтой болно. Энэ нь цэрэг армид атом эсвэл устөрөгчөөс хамаагүй илүү хор хөнөөлтэй асар их хүчийг бий болгох боломжийг олгоно. Гэсэн хэдий ч бид үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хямд антиматер үйлдвэрлэх хүртэл эдгээр бүх мөрөөдөл биелэхгүй.
Дэлхий дээр болон хиймэл дагуулын тусламжтайгаар бидний илрүүлсэн бараг бүх зүйл бол матери юм. Анти бодисыг дэлхий дээр өндөр энергитэй хурдасгуур ашиглан үйлдвэрлэдэг. Жишээлбэл, антипротон, антидейтерон ба антигелийн цөм, антиатомыг олж авсан.
Антиматерийг одон орны аргыг ашиглан шууд ажиглах боломжгүй, учир нь Антиматерийн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүссэн фотонууд нь материйн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүссэн фотонуудаас ялгагдах боломжгүй юм. Шалтгаан нь фотон нь жинхэнэ төвийг сахисан бөөмс ба . Зарчмын хувьд нейтрино ν ба антинейтрино зэргийг ажигласнаар матери нь эсрэг бодисоос ялгагдах боломжтой боловч одоогоор ийм ажиглалт бодитой бус байна.
Хэрэв дэлхийн ойр орчмын орчинд антиматер давамгайлсан бүс нутаг байсан бол энэ нь матери ба антиматерийг устгах явцад үүсдэг γ-квантуудыг устгах хэлбэрээр илрэх ёстой. Антиматераас матери давамгайлахыг дэмжсэн чухал аргумент бол сансрын туяа юм. Эдгээр нь материйн бөөмс - протон, электрон, протон ба нейтроноос бүрдсэн атомын цөм юм.
Өндөр энергитэй сансрын цацрагийн бөөмс дэлхийн агаар мандалтай харилцан үйлчилсний үр дүнд антиматерийн бөөмс үүсэх нь ажиглагдаж байна. Эсрэг бөөмс нь эрчим хүчний концентраци ихэссэн хэсэгт үүсдэг. Жишээлбэл, эсрэг бөөмс үүсэх нь идэвхтэй галактикийн цөмд тохиолддог. Дүрмээр бол ийм тохиолдолд эсрэг бодисын бөөмс нь бодисын бөөмстэй хамт гарч ирдэг. Дараагийн шатанд материйн болон антиматерийн бөөмс үүсэх, устах үйл явц явагдана. Жишээлбэл, 1 МэВ-ээс их энергитэй фотон атомын цөмийн талбарт электрон-позитрон хос үүсгэж болно. Үүссэн позитрон нь электронтой тулгарах үед устаж, ихэвчлэн 2, бага ихэвчлэн 3 γ-квант үүсгэдэг.
Орчлон ертөнц дэх антиматерийн оршин тогтнох асуудал нь ертөнцийн үүсэл, хөгжлийн асуудалтай холбоотой физикийн үндсэн асуудал юм.
Ажиглаж болох Орчлон яагаад бараг бүхэлдээ материас бүрддэг тухай янз бүрийн таамаглал байдаг. Орчлон ертөнцөд антиматер давамгайлдаг хэсгүүд байдаг уу? Анти бодис хэрэглэж болох уу? Үзэгдэх орчлон дахь матери ба антиматерийн илэрхий тэгш бус байдлын шалтгаан нь орчин үеийн физикийн тайлагдаагүй хамгийн том нууцуудын нэг юм. Бөөм ба эсрэг бөөмс хоорондын тэгш бус байдал үүсэх процессыг бариогенез гэж нэрлэдэг.
20-р зууны 50-аад он хүртэл орчлон ертөнцөд ижил хэмжээний матер, антиматер байдаг гэсэн үзэл бодол давамгайлж байв. Гэсэн хэдий ч 60-аад оны дундуур Их тэсрэлтийн онолын чиглэлээр хийсэн ажил энэ үзэл бодлыг ганхуулжээ. Үнэхээр халуун, өтгөн орчлонгийн оршин тогтнох эхний мөчүүдэд бөөмс болон эсрэг бөөмсийн тоо ижил байсан бол тэдгээрийг устгах нь орчлонд зөвхөн цацраг л үлдэх болно. Одоогийн байдлаар ихэнх физикчид Орчлон ертөнц дэх CP тэгш хэмийг зөрчсөний үр дүнд хувьслын эхний мөчүүдэд эсрэг бөөмсөөс арай илүү бөөмс үүссэн гэдэгтэй санал нийлж байна - ойролцоогоор 10 9 бөөмс-эсрэг бөөмийн хос тутамд нэг бөөмс. Үүний үр дүнд устгасны дараа цөөн тооны тоосонцор үлджээ.
"Ойрын" орчлон ертөнц дэх материйн давамгайллыг тайлбарлах өөр нэг боломж бол антиматер нь орчлон ертөнцийн алслагдсан, сайн судлагдаагүй бүс нутагт төвлөрсөн гэж үзэх явдал юм. 1979 онд Флойд Стекер матери ба эсрэг бодисын тэгш бус байдал нь Их тэсрэлтийн дараах анхны агшинд матери болон эсрэг бодисууд өөр өөр чиглэлд нисч байх үед аяндаа үүсч болно гэж санал болгосон.
Цахилгаан соронзон цацраг нь бодис болон антиматертай ижилхэн харилцан үйлчилдэг тул гариг, од, галактикууд болон эсрэг бодисууд цахилгаан соронзон цацрагт адилхан харагддаг. Тиймээс орчлон ертөнц дэх эсрэг бодисыг хайх өөр аргууд хэрэгтэй. Ийм аргуудын нэг бол сансар огторгуй дахь цөмийн эсрэг бодисыг ажиглах явдал юм. Эдгээр нь массын тоо A > 4-тэй эсрэг цөм байх ёстой. Хэрэв бид дэлхийн ойролцоох антигелийн цөмүүдийг илрүүлж чадвал орчлон ертөнцөд антиматерийн агууламж ихэссэн бүс нутаг байгааг батлах нэлээд хүчтэй нотолгоог олж авах болно.
Бид яагаад эсрэг бодисыг хайхын тулд антигелийн цөм эсвэл илүү хүнд цөм хайх ёстой вэ? Үнэн хэрэгтээ антипротонууд нь хэт релятивист протонууд эсвэл бусад сансрын цацрагийн цөмүүдийн харилцан үйлчлэлийн явцад үүсч болно. Ийм антипротонуудын энергийн спектр (ихэвчлэн хоёрдогч гэж нэрлэдэг) 2 ГэВ мужид хамгийн өргөн хүрээтэй байх ёстой. Анхдагч гэж нэрлэгддэг антипротоны бусад эх үүсвэрүүд нь харанхуй матери нь нейтралинуудаас бүрдэх ёстой гэж үздэг хэт тэгш хэмтэй тоосонцорыг устгах ба/эсвэл "анхдагч" хар нүхний ууршилт байж болно. Нейтралиныг хослон устгаснаар кварк-антикварк тийрэлтэт онгоцууд үүсч, дараа нь адронжиж, антипротонууд үүсдэг. Анхны хар нүхнүүд орчлон ертөнцийн эхэн үед үүссэн байж болох юм. 10 14-15 масстай ийм хар нүхнүүд бөөмсийг нэлээд эрчимтэй ууршуулж чаддаг (Хокингийн цацраг). Ийм анхдагч антипротонуудын бүртгэгдсэн энергийн спектрт оруулах хувь нэмрийг бага энергитэй бүсэд илрүүлэхийг оролдож болно.< 1 ГэВ.
Хоёрдогч антипротонуудын урсгалыг Галактикийн батлагдсан загвараас хамааран тооцоолж болно. Энэ нь ~10 ГэВ-ийн энергийн дээд хэмжээнд хүрдэг. Спектрийн шинж чанарт үндэслэн хэдэн зуун ГэВ хүртэлх энергитэй бүс нутагт хэт тэгш хэмтэй тоосонцор ба/эсвэл WIMP-ийн бариогенез ба/эсвэл устах хоёрын талаар мэдээлэл олж авах найдвар бий.
Сансрын цацрагийн нөлөөн дор антидейтерон үүсэх магадлал бага байдаг. Хоёрдогч антидейтронуудын спектрийг хоёрдогч антипротоны спектртэй харьцуулахад илүү их энерги рүү шилжүүлж, энерги багасах тусам хурдан буурах ёстой. Харанхуй материйн бөөмсийг устгах ба/эсвэл анхдагч хар нүхний ууршилтын үед үүссэн анхдагч антидейтеронуудын хувьд спектрийн дээд хэмжээ нь энергийн хувьд хүлээгдэж байна.< 1 ГэВ.
Таким образом, области первичных и вторичных антидейтронов должны быть хорошо
разделены.
Сансрын цацрагийн нөлөөн дор антигелийн цөм үүсэх магадлал маш бага байна. Үнэн хэрэгтээ үүнийг хийхийн тулд хоёр антипротон, хоёр антинейтрон нэг газар, бараг нэгэн зэрэг үүсэх ёстой бөгөөд тэдгээрийн харьцангуй хурд нь бага байх ёстой. 1997 онд Паскаль Шардоннет ийм үйл явдал болох магадлалыг үнэлэв. Түүний тооцоолсноор 10 15 хэт релятивист сансрын туяа протон тутамд нэг антигелийн цөм үүсч болно. Ийм үйл явдлыг хүлээх дундаж хугацаа нь 15 тэрбум жил бөгөөд энэ нь Орчлон ертөнцийн настай дүйцэхүйц юм.
Хэрэв орчлон ертөнцөд хувьслын эхний үе шатанд матери эсвэл антиматер давамгайлж байсан орон зайн бүсүүд үүссэн бол тэдгээр нь салах ёстой, учир нь. Эдгээр мужуудын хил дээр гэрлийн даралт үүсдэг бөгөөд энэ нь бодис ба антиматерийг тусгаарладаг. Матери ба антиматерийн бүсүүдийн зааг дээр аннигиляци үүсч, үүний дагуу устгалын гамма квантууд ялгарах ёстой. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн гамма-туяа дуран нь ийм цацрагийг илрүүлдэггүй. Телескопуудын мэдрэмжинд үндэслэн тооцооллыг хийсэн. Тэдний үзэж байгаагаар антиматерийн бүсүүд 65 сая гэрлийн жилээс илүү ойр байж болохгүй. Иймээс манай галактикт төдийгүй Сүүн замаас гадна өөр 50 галактикийг багтаасан галактикуудын бөөгнөрөлд ийм газар нутаг байдаггүй.
Ийм зайд үүссэн антигелийн цөмийг илрүүлэх нь хэцүү асуудал юм. Антигелийн цөм ийм хол зайнаас детектор руу нисч, бүртгүүлнэ гэдэг тийм ч амар биш. Ялангуяа галактик болон галактик хоорондын соронзон оронтой орооцолдож, үүссэн газраасаа хол нисдэггүй. Үүнээс гадна антигелиум нь устах аюулд байнга өртөх болно. Эцэст нь хэлэхэд, детектор нь тийм ч том зайнаас амархан цохих тийм том бай биш юм. Тиймээс антигелийн цөмийг илрүүлэх үр ашиг маш бага байдаг.
Антигелийн "аялал" -ын нөхцөлд маш их тодорхойгүй байдал байдаг бөгөөд энэ нь бөөмийг илрүүлэх магадлалыг тооцоолох боломжийг бидэнд олгодоггүй. Хэрэв илрүүлэгч арай илүү мэдрэмтгий байсан бол нээлт хийх байсан байх магадлал үргэлж байдаг.
Бага энергитэй эсрэг цөмийн "аялах" хугацаа нь орчлон ертөнцийн амьдрах хугацаанаас бага байх нь тодорхой юм. Тиймээс өндөр энергитэй эсрэг цөмийг агнах шаардлагатай. Үүнээс гадна ийм цөмүүд нь галактикийн сансар огторгуйн салхийг даван туулах илүү боломжуудтай байдаг.
Позитрон ба антипротонуудын хувьд тэдгээр нь антиматерийн таамагласан бүс нутгуудаас ялгарч, дэлхийн ойролцоо хэмжсэн спектрүүдэд хувь нэмэр оруулдаг. Антипротонтой харьцуулахад позитроныг илрүүлэхэд илүү төвөгтэй байдаг. Энэ нь дэвсгэрийн эх үүсвэр болох протоны урсгал нь позитронуудын урсгалаас 10 3-аар их байдагтай холбоотой юм. Антиматерийн бүс нутгаас ирж буй позитронуудын дохиог бусад процессын үр дүнд үүссэн позитронуудын дохиогоор "залгиж" болно. Үүний зэрэгцээ сансрын туяа дахь позитронуудын гарал үүслийг бүрэн мэдэхгүй байна. Сансрын туяанд анхдагч позитрон байдаг уу? Илүүдэл антипротон ба позитрон хоёрын хооронд ямар нэг холбоо байна уу? Нөхцөл байдлыг тодруулахын тулд энергийн өргөн хүрээний позитрон спектрийг хэмжих шаардлагатай.
Бөмбөлөг ашиглан агаар мандлын дээд давхаргад сансрын туяаг судлах багажийг анх 1907 онд Виктор Хесс хөөргөсөн. 1950-иад оны эхэн үе хүртэл сансрын туяаг судлах нь бөөмийн физикийн хамгийн чухал нээлтүүдийн эх сурвалж байв. 1979 оноос хойш ийм туршилтуудад антипротонууд ажиглагдаж байна (Богомолов, Е.А. нар 1979, Прок. 16th Int. Cosmic Ray Conf. (Киото), 1-р боть, х. 330; Голден, Р. Л. нар 1979, Физик. Илч Летт, 43, 1196). Тэд эсрэг бодис болон харанхуй материйн судалгаанд шинэ боломжуудыг нээж өгчээ.
Саяхныг хүртэл сансрын туяа дахь бөөмсийн эсрэг бараг бүх мэдээллийг бөмбөлөг дэх өндөр агаар мандалд хөөргөсөн мэдрэгч ашиглан олж авдаг байв. Үүний зэрэгцээ сансрын туяа нь од хоорондын орчинтой (хоёрдогч антипротонууд) харилцан үйлчлүүлсний үр дүнд үүсэх магадлалыг тооцоолж байснаас илүү олон тооны антипротонууд байсан гэсэн сэжиг гарч ирэв. "Илүүдэл" антипротонуудыг тайлбарлах механизмууд нь антипротонуудын энергийн спектрийн талаар өөр өөр таамаглал өгсөн. Гэвч бөмбөлөг богино хугацаанд нисч, дэлхийн агаар мандлын үлдэгдэл байгаа нь энэ төрлийн туршилт хийх боломжийг хязгаарласан юм. Өгөгдөл нь ихээхэн эргэлзээтэй байсан бөгөөд үүнээс гадна эрчим хүч 20 ГеВ-ээс хэтрээгүй.
Эсрэг бөөмсийг бүртгэхийн тулд 3 тонн жинтэй хүнд мэдрэгчийг ~ 40 км өндөрт өргөх чадвартай том бөмбөлөгүүдийг (3 сая шоо метр) ашигладаг гаднах температур буурах үед гелий . Ихэнх тохиолдолд нислэгийн үргэлжлэх хугацаа 24 цагаас хэтрэхгүй. Нэмж дурдахад, агаар мандлын температур тэгээс 20-25 км хүртэл огцом буурсны дараа нэмэгдэж, ~40 км-ийн өндөрт дээд цэгтээ хүрч, дараа нь дахин буурч эхэлдэг. Гаднах агаарын температур буурах үед бөмбөлгийн эзэлхүүн буурдаг тул өргөх хамгийн дээд өндөр нь ~40 км-ээс их байж болохгүй. Энэ өндөрт агаар мандал нэлээд нягт хэвээр байгаа бөгөөд сансрын анхдагч туяа үлдэгдэл агаар мандалтай харилцан үйлчлэх явцад үүссэн хэдэн арван ГэВ энергитэй антипротонуудын урсгал нь галактикийн орчинд үүссэн антипротонуудын урсгалаас давж байна. Илрүүлсэн бөөмсийн өндөр энергийн хувьд алдаа нь найдвартай үр дүнд хүрэхэд хэтэрхий том болдог.
Сүүлийн үед илүү урт (20 хүртэл хоног) нислэг хийж эхэлсэн. Тэд мөн задгай бөмбөлөг ашигладаг боловч туйлын ойролцоо, туйлын өндөр өргөрөгт бөмбөлөг хөөргөсөн тул гелийн алдагдал мэдэгдэхүйц буурсан байна. Гэсэн хэдий ч 40 км-ийн өндөрт нисэх үед тэдний ачааны масс нь 1 тонноос хэтрэхгүй. Хэт урт бөмбөлөг нислэгийг (100 орчим хоног) хэрэгжүүлэхийн тулд хаалттай бөмбөлөг ашиглахаар төлөвлөж байна. Тэд илүү зузаан, илүү жинтэй, гелийг алддаггүй, дотор болон гаднах даралтын зөрүүг тэсвэрлэдэг. Тэд харьцангуй хөнгөн багажийг өргөх чадвартай, 1 тонноос бага жинтэй.
Цагаан будаа. 20.1. Физик тоног төхөөрөмж бүхий бөмбөлөг хөөргөх.
Цагаан будаа. 20.2. BESS-Polar II сансрын цацрагийн мэдрэгч. Нарны хавтан (2) бүхий спектрометр (1).
Туршилтын хүрээнд бөмбөлөг дээрх спектрометр ашиглан антигелийн эрэл хайгуул хийсэн BESS (Бхольцтой Этуршилтхамт Схэт дамжуулалт Сспектрометр) (Зураг 20.2). 1993-2000 онуудад BESS спектрометрийг Канадын хойд хэсэгт агаар мандлын дээд давхаргад олон удаа хөөргөсөн. Нислэгийн үргэлжлэх хугацаа ойролцоогоор нэг өдөр байв. Спектрометрийг байнга сайжруулж, мэдрэмжийг нэмэгдүүлсэн. Энэ цуврал нислэгийн үед олж авсан гелий/антигелийн харьцааны нийт мэдрэмж нь 1-14 ГВ хатуулгийн мужид ~6.8×10-7 байна. BESS-TeV туршилтаар (2001) спектрометрийн хатуулгийн хүрээг 500 ГВ хүртэл нэмэгдүүлж, 1.4×10 −4 мэдрэмжтэй болсон. 2004-2008 онд статистикийг нэмэгдүүлэх. Антарктидад дэвшилтэт спектрометрийн (0.6-20 ГВ) олон өдрийн нислэг хийсэн. 2004-2005 онд 8.5 хоног үргэлжилсэн BESS-Polar I нислэгийн үеэр 8 × 10 -6 мэдрэгчтэй болсон. 2007-2008 онд BESS-Polar II нислэгийн үеэр (хэмжилтийн үргэлжлэх хугацаа 24.5 хоног) 9.8×10-8 мэдрэгчтэй болсон. BESS-ийн бүх нислэгийг харгалзан үзэхэд нийт мэдрэмж нь 6.7 × 10 -8-д хүрсэн. Ганц ч антигелийн цөм олдсонгүй.
BESS-Polar II нислэгт ашигласан соронзон спектрометр нь хэт нимгэн ханатай хэт дамжуулагч соленоид соронз, төв ажиглагч (JET/IDC), нислэгийн цаг (TOF) годоскоп, Черенков илрүүлэгчээс бүрдэнэ. Зураг 20.3).
Цагаан будаа. 20.3. BESS-Polar II туршилтын спектрометрийн зүсэлт.
Нислэгийн цагийн годоскоп нь хурд (β) болон эрчим хүчний алдагдлыг (dE/dx) хэмжих боломжийг олгодог. Энэ нь 10 ба 12 сцинтилляцийн туузаас (100 × 950 × 10 мм) бүрдсэн дээд ба доод хуванцар сцинтилляцын тоолуураас бүрдэнэ. Нислэгийн цагийн системийн цаг хугацааны нарийвчлал нь ~70 ps байна. Нэмж дурдахад гурав дахь сцинтилляцийн тоолуур (Middle-TOF) байдаг бөгөөд энэ нь соленоидын дотор байрладаг бөгөөд 64 хуванцар сцинтиллятор саваагаас бүрддэг. Энэ нь соленоидын доод хэсгээр нисч чадахгүй байгаа тоосонцороос болж бүртгэлийн энергийн босгыг бууруулах боломжийг танд олгоно.
Дрифтийн камерууд нь жигд соронзон орон дээр байрладаг. Тус бүр нь 200 мкм-ийн нарийвчлалтай 28 цэгийг ашиглан спектрометр рүү нисч буй бөөмийн траекторийн муруйлтыг тооцоолсон бөгөөд энэ нь түүний соронзон хөшүүн чанар R = pc/Ze болон цэнэгийн тэмдгийг тодорхойлох боломжтой болгодог.
Аэргелийн Черенковын тоолуур нь антипротон ба антидейтеронуудаас дохиог e - / μ - дэвсгэрээс салгах боломжийг олгодог.
Цагаан будаа. 20.4. BESS суурилуулалт дахь тоосонцорыг тодорхойлох.
Бөөмүүдийг массаар тодорхойлно (Зураг 20.4), энэ нь нислэгийн цагийг тоолуур болон шилжилтийн камер ашиглан хэмжсэн хатуулаг R, бөөмийн хурд β, энергийн алдагдал dE/dx-тай холбоотой.
Үүний тулд dE/dx – |R| хоёр хэмжээст тархалт дээр харгалзах бүс нутгийг тодорхойлсон. ба β -1 - R.
Дэлхийн антипротоны цацрагийн бүс
PAMELA-гийн хамтын ажиллагаа нь Өмнөд Атлантын аномалийн бүсэд дэлхийг тойрсон цацрагийн бүсийг илрүүлсэн. Антипротон ба протоны спектрийг цацрагийн бүс болон цацрагийн бүсээс гадуур шууд хэмжсэн (Зураг 20.5, 20.6).
Цилиндр болон хиймэл дагуул дээр суурилуулсан детекторын суурилуулалтаар бүртгэгдсэн антипротонууд нь хоёрдогч гарал үүсэлтэй болохыг харуулж байна. Эдгээр нь галактикийн сансрын туяа pp → ppp урвал дахь од хоорондын бодис эсвэл агаар мандалтай харилцан үйлчлүүлсний үр дүнд үүсдэг. Гэсэн хэдий ч илүү их хувь нэмэр нь альбедо антинейтронуудын (урсгал нь дэлхийгээс чиглэсэн антинейтронууд) задралын үр дүнд үүсдэг.
ppn → ppn .
Эдгээр антинейтронууд геомагнитын талбайг дайран задарч, антипротонууд → + e + + ν e үүсгэдэг. Үүссэн антипротонуудын зарим нь соронзон мандалд баригдаж, антипротоны цацрагийн бүсийг үүсгэдэг. Протоны цацрагийн бүслүүрийн гол эх үүсвэр нь альбедо нейтроны задрал байдагтай адил антинейтронуудын задрал нь антипротоны бүс үүсэхэд хүргэдэг.
Туршилтын мэдээллээс үзэхэд цацрагийн бүс дэх антипротоны нягтрал нь цацрагийн бүсээс гадуур байгаа антипротонуудын нягтаас 3-4 дахин их байна. Галактикийн сансрын цацрагуудын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд шууд үүссэн антипротоны спектрийн хэлбэр нь антипротоны цацрагийн бүсийн гаднах антипротоны спектрийн хэлбэртэй бараг давхцдаг.
Орчлон ертөнц дэх эсрэг бодисыг илрүүлэх асуудал шийдэгдээгүй байна. Ферми болон бусад хүмүүсийн сансрын телескопуудын хөтөлбөрт антиматерийн идэвхтэй хайлтыг тусгасан болно.
