Eyni xüsusiyyətlərə malik olan, lakin əks yük əlamətləri olan hissəciklər adlanır. Antihissəciklər

Elementlər toplusu. eyni kütlə dəyərlərinə və digər fiziki xüsusiyyətlərə malik hissəciklər. xarakterikdir ki, onların "ikiqatları" ch-tsy olur, lakin onlardan müəyyən xüsusiyyətlərin (məsələn, elektrik yükü, maqnit momenti) əlaməti ilə fərqlənir. "Ç-tsa" və "A" adı. müəyyən dərəcədə şərti: antielektronu (müsbət yüklü elektronu) h-ce, elektronu isə A adlandırmaq olar. Bununla belə, Kainatın müşahidə olunan hissəsində maddənin atomlarında mənfi elektronlar var. yük, protonlar isə müsbət yükə malikdir. Buna görə də əvvəldən məlum olanlar üçün. 20s 20-ci əsr element. h-ts - el-n və proton (və daha sonra neytron) adı "hissəcik" qəbul edildi.

A.-nın mövcudluğu haqqında nəticə ilk dəfə 1931-ci ildə qəbul edilmişdir. fizik P. Dirac. Qohumunu çıxartdı. kvant. elektrik işarəsinə görə simmetrik olduğu ortaya çıxan el-n (Dirac tənliyi) üçün tənlik. yük: mənfi yüklə birlikdə. e-nom bu müsbət yükü təsvir etdi. eyni kütlənin h-tsu - antielektron. Dirakın nəzəriyyəsinə görə, zərrəciklə atomun toqquşması onların məhvinə - bu cütün yox olmasına gətirib çıxarmalıdır ki, bunun nəticəsində məsələn, iki və ya daha çox başqa hissəciklər doğulur. fotonlar.

1932-ci ildə antielektronları eksperimental olaraq Amer kəşf etdi. fizik K. Anderson. O, maqnit sahəsinə yerləşdirilmiş bulud kamerasında kosmik şüaların yaratdığı leysanların fotolarını çəkib. sahə. Şarj edin ch-tsa maqnitlə hərəkət edir. bir dairənin qövsü boyunca sahə və müxtəlif işarəli yükləri olan hissəciklər sahə tərəfindən əks istiqamətlərə əyilir. Sürətli elektronların o vaxtkı məşhur izləri ilə yanaşı, Anderson fotoşəkillərdə eyni görünüşdə aşkar etdi. izlərin müsbət yüklü olduğu görünür. vay eyni kütlələr. Bu hissəciklərə pozitronlar deyilirdi. Pozitronun kəşfi Dirakın nəzəriyyəsinin parlaq təsdiqi idi. Həmin vaxtdan digər A.-nın axtarışlarına başlanılıb.

1936-cı ildə də kosmosa. şüaların mənfi olduğu aşkar edilmişdir. və yerə qoyun. bir-birinə nisbətdə bərabər və bərabər olan müonlar (m- və m+). 1947-ci ildə kosmik müonların olduğu aşkar edilmişdir. şüaları bir az daha çox çürüməsi nəticəsində yaranır ağır h-ts- pi-mezonlar (p-, p+). 1955-ci ildə sürətləndirici təcrübələrində ilk antiprotonlar aşkar edilmişdir. Fizik. Antiprotonların əmələ gəlməsi ilə nəticələnən proses proton-antiproton cütünün doğulması idi. Bir qədər sonra antineytronlar kəşf edildi. 1981-ci ilə qədər, demək olar ki, bütün məlum aleslərdə A. eksperimental olaraq aşkar edilmişdir. tsk.

Kvant sahəsi nəzəriyyəsinin ümumi prinsipləri hissəcik və elektronun xassələri haqqında bir sıra dərin nəticələr çıxarmağa imkan verir: zərrəciyin kütləsi, spini, izotop spini, həyat müddəti və enerjisi eyni olmalıdır (xüsusilə, sabit hissəciklər sabit A-ya uyğundur.); elektrik enerjisi yalnız böyüklük baxımından eyni deyil, işarəsi ilə əks olmalıdır. yüklər (və maqnit momentləri) hissəcikləri və a., həm də bütün digər kvant. insanların hərəkətlərinin qanunauyğunluqlarını təsvir etmək üçün onlara verilən rəqəmlər: barion yükü, lepton yükü, qəribəlik, “cazibədarlıq” və s. Onu A.-dan fərqləndirən bütün xüsusiyyətlərə malik olan şəxs sıfıra bərabərdir, adlanır. həqiqətən neytral; ç-tsa və A. belə ç-tlər eynidir. Bunlara, məsələn, fotonlar, p0- və h-mezonlar, J/y- və Y-hissəcikləri daxildir.

1956-cı ilə qədər h-ts və A arasında tam simmetriyanın olduğuna inanılırdı. Bu o deməkdir ki, əgər k-l mümkündür. hissəciklər arasında proses, onda tam eyni proses A arasında mövcud olmalıdır. 1956-cı ildə belə simmetriyanın yalnız güclü və el.-maqnitdə mövcud olduğu aşkar edilmişdir. nəzərində. Zəif bir şokda hissəcik-A-nın simmetriyasının pozulması aşkar edildi. (bax ŞARJ BAĞLANTISI). Antimaddə, prinsipcə, qara maddədən olan maddələrlə eyni şəkildə atomlardan tikilə bilər. Bununla belə, qaradərililərlə görüşdükdən sonra məhv olma ehtimalı A.-nın uzun müddət davam etməsinə imkan vermir. kənddə mövcud olmaq vaxtıdır. A. yalnız adanın üzvləri ilə təmasların tamamilə olmaması şərti ilə uzun müddət "yaşaya" bilər. Kainata "yaxın" bir yerdə antimateriyanın mövcudluğunun sübutu güclü bir məhv olardı. maddə ilə antimateriyanın təmas bölgəsindən Yerə gələn radiasiya. Ancaq indiyə qədər astrofizika Kainatda antimaddə ilə dolu bölgələrin mövcudluğunu göstərən heç bir məlumat bilmir.
Fiziki ensiklopedik lüğət. - M.: Sovet Ensiklopediyası..1983 .

Antihissəciklər
Eyni kütlələrə, spinlərə və s. fiziki dəyərlərə malik elementar hissəciklər. xüsusiyyətləri onların "ikiqatları" - "hissəciklər" kimi, lakin müəyyən qarşılıqlı təsir əlamətlərinə görə onlardan fərqlənir ( ittihamlar, məs elektrik işarəsi ödəniş).

A.-nın mövcudluğunu P. A. M. Dirak proqnozlaşdırmışdı. 1928-ci ildə əldə etdiyi elektron hərəkətinin kvant relativistik tənliyini (bax. Dirak tənliyi)mütləq mənfi olan məhlulları ehtiva edir. enerjilər. Sonradan bir elektronun mənfidən itməsi göstərildi enerji müsbət olan hissəciyin (eyni kütlədə) çıxması kimi şərh edilməlidir. enerji və pozitivlik. elektrik yükü, yəni A. elektrona münasibətdə. Bu hissəcikdir pozitron - 1932-ci ildə açılmışdır.

Sonrakı təcrübələrdə müəyyən edilmişdir ki, təkcə elektron deyil, bütün digər hissəciklər də öz A. 1936-cı ildə kosmik tədqiqatlarda. şüalar açıq idi muon və onun A., 1947-ci ildə isə bir cüt hissəcik A. təşkil edən - - və -mezonlar; 1955-ci ildə sürətləndirici təcrübələrdə qeydə alınıb antiproton, 1956-cı ildə - antineytron və s. bu günə qədər. Zaman keçdikcə, demək olar ki, bütün məlum hissəciklərdə A. müşahidə edilmişdir və A.-nın bütün hissəciklərdə olmasına şübhə yoxdur.

A.-nın varlığı və xassələri əsaslara uyğun olaraq müəyyən edilir. kvant sahəsi nəzəriyyəsinin prinsipi - onun invariantlığına münasibətdə SRT- transformasiyalar (bax CPT teoremi). From CPT-teoremdən belə çıxır ki, zərrəciyin və onun A. kütləsi, spini və ömrü eyni olmalıdır. Xüsusilə, sabit (çürüməyə nisbətən) zərrəciklər sabit hissəciklərə uyğun gəlir (lakin onların maddədə uzun müddət mövcudluğu mümkün deyil. məhv edilməsi maddə hissəcikləri ilə). Hissəciklərin halları və onların A. əməliyyatı ilə əlaqələndirilir yük konyuqasiyası.

Buna görə də hissəcik və A. əks elektrik əlamətlərinə malikdir. yüklər (və maqnit momentləri) eynidir izotopik spin, lakin onlar üçüncü proyeksiyasının işarəsinə görə fərqlənirlər, ölçülərinə görə eynidirlər, lakin işarələrinə görə əksinədirlər. qəribəlik, cazibə, gözəllik Konversiya və s birləşdirilmiş inversiya (CP) zərrəciyin spiral hallarını əks sarmallı A. halları ilə əlaqələndirir. Hissəciklərə və onların atomlarına ölçülərinə görə bərabər, lakin işarəsi əksinə olan barion və lepton nömrələri verilir.

Yük konyuqasiyasına görə dəyişməzliyə görə ( İLƏ-invariantlıq) güclü və el.-maqn. müvafiq qüvvələr tərəfindən bağlanan qarşılıqlı təsirlər, hissəciklərdən (atom nüvələri, atomlar) və atomlardan (nüvələr və atomlar) ibarət mürəkkəb obyektlər antimaddə) eyni quruluşa malik olmalıdır. Eyni səbəbdən adronların və onların atomlarının quruluşu üst-üstə düşür və model çərçivəsində kvarklar antibarionların vəziyyətləri, komponent kvarkları müvafiq olanları ilə əvəz olunan barionların vəziyyətləri ilə eyni şəkildə təsvir edilmişdir. antikvar. Mezonların və onların A. halları kvark və antikvark komponentlərinin müvafiq antikvark və kvark ilə əvəz edilməsində fərqlənir. üçün həqiqi neytral hissəciklər zərrəciyin və A. halları üst-üstə düşür. Belə hissəciklər müəyyən xüsusiyyətlərə malikdir yük pariteti(paritetlə) və SR- paritet. Bütün məlum həqiqi neytral hissəciklər bozonlardır (məsələn, -mezonlar - spinli - spin 1 ilə), lakin, prinsipcə, əsl neytral fermionlar (sözdə Majorana hissəcikləri).

Zəif qarşılıqlı əlaqə yük konyuqasiyası ilə bağlı invariant deyil və buna görə də hissəciklər və hissəciklər arasında simmetriya pozulur ki, bu da müəyyən diferensiallardakı fərqdə özünü göstərir. onların zəif çürüməsinin xüsusiyyətləri.

Əgər k.-l. elektrik neytral zərrəciyin kvant nömrələri ciddi şəkildə qorunmur, onda zərrəciyin vəziyyətləri ilə onun A arasında keçidlər (rəylənmələr) mümkündür. enerji-momentum operatorunun vəziyyətləri və tərifi ilə həqiqətən neytral vəziyyətlərin superpozisiyalarını təmsil edir. kütləvi dəyərlər. Bənzər bir fenomen sistemlərdə və s.

Bir hissəcik-A cütündə "hissəcik" adlandırılacaq şeyin tərifi deməkdir. heç olmasa şərti olaraq. Bununla belə, “hissəcik”in verilmiş seçimi üçün onun A. unikal şəkildə müəyyən edilir. Zəif qarşılıqlı təsir proseslərində barion sayının saxlanması barion parçalanma zəncirindən istənilən barion-antibarion cütlüyündə “hissəciyi” təyin etməyə imkan verir. Elektron-pozitron cütlüyündə elektronun “hissəcik” kimi seçilməsi (zəif qarşılıqlı təsir proseslərində lepton sayının saxlanması hesabına) elektron neytrino-antineutrino cütlüyündə “hissəcik”in vəziyyətinin təyinini düzəldir. Leptonlar arasında keçidlər parçalanır. nəsillər (növ) müşahidə edilməmişdir, buna görə də leptonların hər nəslində “hissəcik”in tərifi, ümumiyyətlə, müstəqil olaraq edilə bilər. Adətən, bir elektrona bənzətməklə, "hissəciklər" mənfi yüklü adlanır. leptonlar, lepton sayını qoruyaraq, müvafiq neytrinoları və antineytrinoları təyin edir. Bozonlar üçün "hissəcik" anlayışı təriflə müəyyən edilə bilər, məsələn, hiper yüklənmə.

Atomun doğulması maddə hissəciklərinin toqquşmasında baş verir ki, enerjilər bir hissəcik-bir cütün doğulması həddini aşan enerjiyə qədər sürətlənir. (sm. Cütlərin doğulması). Laboratoriyaya. şəraitdə A. sürətləndiricilərdə hissəciklərin qarşılıqlı təsirində doğulur; nəticəsində A.-nın saxlanması həyata keçirilir saxlama üzükləri yüksək vakuumda. Təbii olaraq şərtlər A. ilkin kosmik qarşılıqlı əlaqə zamanı doğulur. maddə ilə şüalar, məsələn, Yer atmosferi və ətrafda da doğulmalıdır pulsarlar və aktiv qalaktik nüvələr. nəzəri astrofizika maddənin üzərinə yığılması zamanı elektronların (pozitronların, antinuklonların) əmələ gəlməsini nəzərdən keçirir. qara dəliklər. Müasirlik çərçivəsində Kosmologiyalar kiçik kütləli ilkin qara dəliklərin buxarlanması zamanı ulduzların doğulmasını nəzərdə tutur.

Temp-pax verilmiş tipli hissəciklərin istirahət enerjisini aşdıqda (vahidlər sistemi = 1 istifadə edilmişdir), hissəcik-A cütləri. maddə ilə tarazlıqda mövcuddur və el.-maqn. radiasiya. Kütləvi ulduzların qaynar nüvələrində elektron-pozitron cütləri üçün belə şərtlər həyata keçirilə bilər. Qaynar kainat nəzəriyyəsinə görə, kainatın genişlənməsinin çox erkən mərhələlərində hissəcik-A cütləri maddə və şüalanma ilə tarazlıqda idi. bütün növlər. Modellərə görə böyük birləşmə pozulma təsirləri C- və barion sayının qorunmaması ilə tarazlıq olmayan proseslərdə CP invariantlığı çox erkən Kainatda Kainatın barion asimmetriyası hətta hissəciklərin sayının ciddi ilkin bərabərliyi şəraitində və A. Bu fiziki verir. müşahidələrin olmaması üçün əsaslandırma. Kainatda cisimlərin mövcudluğu haqqında məlumatlar A.

Lit.: Dirac P. A. M., Kvant mexanikasının prinsipləri, trans. İngilis dilindən, 2-ci nəşr, M., 1979; Nishijima K., Fundamental Particles, trans. İngilis dilindən, , 1965; Li Ts., Wu Ts., Zəif qarşılıqlı əlaqə, trans. İngilis dilindən, M., 1968; Zeldoviç V., Novikov I. D., Kainatın quruluşu və təkamülü, M., 1975. M. Yu. Xlopov.

Fiziki ensiklopediya. 5 cilddə. - M.: Sovet Ensiklopediyası.Baş redaktor A. M. Proxorov.1988 .

Dirak tənliyinə uyğun olaraq, elektronun pozitronla görüşü onlar üçün ölümcül nəticələrə malikdir - hər iki hissəcik yox olur. Belə bir heyrətamiz proqnoz və onun eksperimental təsdiq istehsal edilmişdir güclü təəssürat həm fiziklər, həm də qeyri-fiziklər - axı bu, maddənin tam radiasiyaya çevrilməsinin ilk nümunəsi idi. Yeni kəşf edilən effekt latınca tam məhv mənasını verən annihilation adlanırdı.

Əslində, zərrəciklərin və antihissəciklərin qarşılıqlı təsirinin dəyişməz olaraq fotonların yaranmasına səbəb olması fikri hətta elektronlara və pozitronlara münasibətdə də doğru deyil. Sərbəst elektron-pozitron cütü yalnız enerjisi çox yüksək olmadıqda elektromaqnit kvantları yaratmaq üçün məhv olur. Çox sürətli elektronlar və pozitronlar müsbət və mənfi pi-mezonlar (aka pionlar), artı və mənfi müonlar, protonlar və antiprotonlar və hətta daha ağır hissəciklər - kifayət qədər enerji yaratmağa qadirdir. Yavaş protonlar və antiprotonlar məhv edildikdə, qamma şüalarına, muonlara və neytrinolara parçalanan yüklü və neytral pionlara (və sürətli olanlar digər hissəciklərə) səbəb olur. Prinsipcə, hissəciyin toqquşması və onun antikopiyası simmetriya prinsipləri və qorunma qanunları ilə qadağan olunmayan hissəciklərin istənilən kombinasiyası ilə nəticələnə bilər.

Görünə bilər ki, annihiliya digər hissəciklərarası qarşılıqlı təsirlərdən fərqlənmir, lakin onun bir əsas xüsusiyyəti var. Protonlar və ya elektronlar kimi sabit hissəciklərin qarşılaşdıqları zaman mikrokosmosun ekzotik sakinlərinin yağışı yaratmaq üçün onları düzgün şəkildə dağıtmaq lazımdır. Yavaş protonlar görüşdükləri zaman sadəcə sürətlərini dəyişəcəklər və bununla da məsələ bitəcək. Lakin yaxınlaşan proton və antiproton ya elastik səpələnməyə məruz qalacaq və dağılacaq, ya da məhv olub ikinci dərəcəli hissəciklər əmələ gətirəcək.

Yuxarıda göstərilənlərin hamısı sərbəst hissəciklərin məhvinə aiddir. Əgər onlardan ən azı biri kvant sisteminin bir hissəsidirsə, prinsipcə vəziyyət eyni qalır, lakin alternativlər dəyişir. Məsələn, sərbəst elektronun və sərbəst pozitronun məhvi heç vaxt yalnız bir kvant yarada bilməz - impulsun saxlanması qanunu buna imkan vermir. Toqquşan cütün ətalət mərkəzi sistemində işlədiyinizi görmək ən asandır - onda ilkin impuls olacaq. sıfıra bərabərdir və buna görə də, harada uçmasından asılı olmayaraq, tək bir fotonun impulsu ilə heç bir şəkildə üst-üstə düşə bilməz. Pozitron, məsələn, hidrogen atomunun bir hissəsi olan elektronla qarşılaşarsa, tək foton annihilasiyası da mümkündür - bu halda impulsun bir hissəsi atom nüvəsinə keçəcəkdir.

Bəs antigrav?

İngilis fiziki Artur Şuster hesab edirdi ki, antimaddə cazibə qüvvəsi ilə adi maddədən dəf edilir, lakin müasir elm bunu mümkünsüz hesab edir. Ən çox ümumi prinsiplər Mikrodünya qanunlarının simmetriyası o deməkdir ki, antihissəciklər “anti” prefiksi olmayan hissəciklər kimi cazibə qüvvələri tərəfindən bir-birinə cəlb edilməlidir. Hissəciklərin və antihissəciklərin qravitasiya qarşılıqlı təsirinin nə olduğu sualı hələ tam həllini tapmayıb, lakin onun cavabı demək olar ki, aydındır.

Əvvəlcə Eynşteynə nəzər salaq ümumi nəzəriyyə nisbilik. O, qravitasiya və ətalət kütlələrinin ciddi bərabərliyi prinsipinə əsaslanır və adi materiya üçün bu ifadə bir çox dəqiq ölçmələrlə eksperimental olaraq təsdiq edilmişdir. Zərrəciyin ətalət kütləsi onun antihissəciyinin kütləsinə tam bərabər olduğundan, onların cazibə kütlələrinin də bərabər olması ehtimalı çox böyük görünür. Ancaq bu, çox inandırıcı olsa da, yenə də bir fərziyyədir və ümumi nisbi nəzəriyyə ilə sübuta yetirilə bilməz.

Maddə və antimaddə arasında cazibə qüvvəsinin itməsinə qarşı başqa bir arqument kvant mexanikasından irəli gəlir. Xatırlayaq ki, adronlar (güclü qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edən hissəciklər) qluon bağları ilə bir-birinə yapışmış kvarklardan ibarətdir. Hər bir baryon üç kvarkdan, mezonlar isə həmişə eyni olmayan kvarkların və antikvarkların qoşalaşmış birləşmələrindən ibarətdir (kvark və öz antikvarkını ehtiva edən mezon, tamamilə eyni olması mənasında həqiqətən neytral hissəcikdir). onun antimezonuna). Lakin bu kvark strukturları tamamilə sabit hesab edilə bilməz. Məsələn, bir proton hər biri +2/3 elementar elektrik yükü daşıyan iki u-kvarkdan və -1/3 yüklü bir d-kvarkdan ibarətdir (buna görə də proton + yüklüdür. 1). Lakin qlüonlarla qarşılıqlı təsir nəticəsində bu kvarklar çox qısa müddətə öz təbiətlərini dəyişə bilirlər - xüsusən də antikvarklara çevrilirlər. Əgər hissəciklər və antihissəciklər cazibə qüvvəsi ilə itələnirlərsə, protonun (və təbii olaraq neytronun) çəkisi zəif rəqslər yaratmalıdır. Ancaq indiyə qədər heç bir laboratoriya belə bir təsir aşkar etməyib.

Şübhə yoxdur ki, nə vaxtsa Əlahəzrət Təcrübə bu suala cavab verəcək. Sadəcə bir az vaxt lazımdır - daha çox antimatter toplamaq və onun cazibə sahəsində necə davrandığını görmək. Bununla belə, bu ölçmələr texniki cəhətdən inanılmaz dərəcədə mürəkkəbdir və onların nə vaxt mümkün olacağını proqnozlaşdırmaq çətindir.

Antimaddə və Süd Yolu

1970-ci illərdə astronomlar yüksək hündürlükdə hava şarlarına quraşdırılmış qamma-şüaları teleskoplarından istifadə edərək, bizim Qalaktikamızın tam mərkəzindən - Süd Yolundan gələn 511 keV enerjili qamma şüalarını aşkar etdilər. Məhz bu enerji sərbəst elektronların və pozitronların yox olması üçün xarakterikdir və ölçüsü təxminən 10.000 işıq ili olan antimaddə buludunun mövcudluğunu irəli sürdü.

Beləliklə, fərq nədir?

Pozitron kəşf edildikdən sonra dörddə bir əsr ərzində demək olar ki, bütün fiziklər əmin idilər ki, təbiət zərrəciklər və antihissəciklər arasında fərq qoymur. Daha dəqiq desək, hesab olunurdu ki, hissəciklərin iştirak etdiyi hər hansı fiziki proses antihissəciklərin iştirak etdiyi tam eyni prosesə uyğundur və onların hər ikisi eyni ehtimalla baş verir. Mövcud eksperimental məlumatlar göstərir ki, bu prinsip bütün dörd əsas qarşılıqlı təsir üçün - güclü, elektromaqnit, zəif və cazibə qüvvəsi üçün müşahidə olunur.

Və sonra birdən hər şey kəskin şəkildə dəyişdi. 1956-cı ildə amerikalı fiziklər Li Tsung-dao və Yang Jen-ning mükafata layiq görülmüş Nobel mükafatı iki zahirən eyni hissəciklərin, teta mezon və tau mezonun müxtəlif sayda pionlara parçalanması ilə bağlı çətinlikləri müzakirə etdikləri məqalə. Müəlliflər vurğulayırdılar ki, bu cür çürümələrin təbiəti sağdan sola keçid zamanı dəyişən proseslərlə, başqa sözlə, güzgü əksi ilə əlaqəli olduğunu güman etsək, bu problemi həll etmək olar (bir az sonra fiziklər başa düşdülər ki, ümumi görünüşüç koordinat müstəvisinin hər birindəki əkslər haqqında danışmalıyıq - və ya eynidir, bütün fəza koordinatlarının əlamətlərinin dəyişdirilməsi, məkan inversiyası). Bu o deməkdir ki, aynalı proses qadağan oluna bilər və ya əks olunmadan əvvəl olduğundan fərqli bir ehtimalla baş verə bilər. Bir il sonra Amerika eksperimentçiləri (iki müstəqil qrupa mənsub və işləyirlər müxtəlif üsullar) belə proseslərin mövcud olduğunu təsdiqlədi.

Bu yalnız başlanğıc idi. Eyni zamanda, SSRİ və ABŞ-dan olan nəzəri fiziklər başa düşdülər ki, güzgü simmetriyasının pozulması hissəciklərin antihissəciklərlə əvəz edilməsi ilə bağlı simmetriyanın pozulmasına imkan verir ki, bu da təcrübələrdə dəfələrlə sübut edilmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, Li və Yanqdan qısa müddət əvvəl, lakin hələ də eyni 1956-cı ildə güzgü simmetriyasını pozma ehtimalı eksperimental fizik Martin Blok və böyük nəzəriyyəçi Riçard Feynman tərəfindən müzakirə edildi, lakin onlar bu mülahizələri heç vaxt dərc etmədilər.

Fiziklər ənənəvi olaraq spekulyar əksi adlandırırlar Latın hərfi P, və onların antihissəcikləri ilə hissəciklər əvəz - hərf C. Hər iki simmetriya zəif qarşılıqlı, atom nüvələrinin beta tənəzzül üçün cavabdeh olan çox bir cəlb proseslərdə pozulur. Buradan belə nəticə çıxır ki, məhz zəif qarşılıqlı təsirlərə görə hissəciklərin və antihissəciklərin davranışında fərqlər mövcuddur.

Güzgü simmetriyasının qəribə bir şəkildə pozulması onu bir şeylə kompensasiya etmək cəhdlərinə səbəb oldu. Artıq 1956-cı ildə Lee və Yang və müstəqil olaraq Lev Landau təbiətin C və P çevrilmələrinin (sözdə CP simmetriyası) birgə tətbiqi ilə bir-birindən əldə edilən sistemlər arasında fərq qoymadığını irəli sürdülər. Nəzəri nöqteyi-nəzərdən bu fərziyyə çox inandırıcı görünürdü və üstəlik, eksperimental məlumatlara yaxşı uyğun gəlirdi. Lakin, cəmi səkkiz il sonra, Brookhaven Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları aşkar etdilər ki, yüklənməmiş K-mezonlarından biri (və ya kaon da adlandırılır) pion cütlüyünə çevrilə bilər. CP simmetriyasına ciddi şəkildə əməl olunarsa, belə bir transformasiya mümkün deyil - və buna görə də bu simmetriya universal deyil! Doğrudur, zahirən qadağan edilmiş çürümələrin payı 0,2% -dən çox olmadı, amma yenə də baş verdi! Bu kəşf Brookhaven komandasının liderləri Ceyms Kronin və fizika üzrə Nobel mükafatı laureatı Val Fitçi gətirdi.

Müasir fizika və baxış şüşəsi vasitəsilə

Güzgü materiyasının hipotezi ilk dəfə İqor Kobzarev, Lev Okun və İsaak Pomerançukun 1966-cı ildə nəşr olunan məqaləsində aydın şəkildə ifadə edilmişdir.

İLƏ yüngül əl Lewis Carroll Through the Looking Glass güzgünün o biri tərəfində olan və yalnız insan təxəyyülündə mövcud olan sehrli diyardır. Bununla belə, müasir fiziklər güzgü dünyasının və ya daha dəqiq desək, güzgü materiyasının mövcudluğundan kifayət qədər ciddi danışırlar. Və tapılsa, köhnə nağıl müəyyən mənada reallığa çevriləcək.

1966-cı ilə qədər kaonların parçalanması zamanı CP simmetriyasının müşahidə olunmadığı məlum idi. Müəlliflər göstərdilər ki, hər bir hissəciyin eyni güzgü hissəciyinə uyğun gəldiyini fərz etsək, bu simmetriya müəyyən mənada qorunub saxlanıla bilər (daha doğrusu, ümumiləşdirilə bilər). fiziki xüsusiyyətlər. Bunu etmək üçün onlar CPA transformasiyası ilə bağlı simmetriyanı irəli sürdülər, burada A əməliyyatı hissəciyi güzgü tərəfdaşı ilə əvəz edir (A hərfi Carrollun Alisasının xatırlatmasıdır). Kobzarev, Okun və Pomerançukun qeyd etdiyi başqa bir ehtimal, neytrinoların bizim və güzgü materiyamız üçün ümumi ola biləcəyidir. Lev Okun daha sonra adi və güzgü materiya arasında müxtəlif mümkün əlaqələri nəzərdən keçirdiyi və onları aşkar etməyə imkan verəcək təcrübələr təklif etdiyi onlarla məqalə dərc etdi.

Hipotetik güzgü hissəcikləri paralel Kainatda bir yerdə yox, bizim məkanda mövcuddur. Onlar bir-birinə öz qarşılıqlı təsirləri ilə bağlıdır, bu da bizim maddənin zərrəciklərinə şamil edilmir, necə ki, bizim qarşılıqlı təsirimiz baxış şüşəsinin hissəcikləri tərəfindən qəbul edilmir. Buradan belə nəticə çıxır ki, prinsipcə heç bir teleskopda görünməyən güzgü qalaktikaları, ulduzlar və planetlər (o cümlədən məskunlaşmışlar) ola bilər. Güzgü materiyasını yalnız bir şəkildə - qravitasiya sahələri ilə qeyd etmək olar, çünki o, adətən dünyamızın materiyasına cəlb olunur.

1970-ci illərdə nəzəri fiziklərin səyləri əsasən elementar hissəciklərin Standart Modelinin işlənib hazırlanmasına yönəlmişdi və güzgü zərrəcikləri fərziyyəsi bir növ kölgəyə keçdi. Sonra ona maraq yenidən canlandı və Merilend Universitetinin nəzəri fizika professoru Rabindra Mohapatra onun hazırkı vəziyyəti haqqında Popular Mechanics-ə danışdı: “Fiziklər iki səbəbdən güzgü hissəciklərinə qayıtdılar. Son on ildə qaranlıq maddə fərziyyəsinin mövqeyi gücləndi və sözdə steril neytrinoların mövcudluğu ehtimalı müzakirə olunmağa başladı. Belə neytrinolar cazibə qanununa tabedirlər, lakin nə güclü, nə elektromaqnit, nə də zəif qarşılıqlı təsirlərdə iştirak etmirlər. Bu kontekstdə 1995-ci ildə avstraliyalı nəzəriyyəçilər Foote və Volkas və onlardan asılı olmayaraq mən və gürcü fiziki Zurab Berejiani (hazırda İtaliyada işləyir) güzgü hissəciklərinin həqiqətən mövcud olduğunu və steril neytrinolarda və qaranlıq maddədə özünü göstərdiyini irəli sürdülər. Bir çox həmkarlarımız bu fikrin müzakirəyə dəyər olması ilə razılaşdılar. Təbii sual yaranır: güzgü hissəciklərini və ya onların çoxluqlarını necə aşkar etmək olar? Əgər güzgü materiyasından ibarət ulduzlar varsa, onlar öz varlıqlarını yalnız cazibə qüvvəsi ilə aşkar edəcəklər. Onu qravitasiya linza effekti vasitəsilə aşkar etmək olar, lakin indiyə qədər heç kim buna nail ola bilməyib. Bununla belə, mənim həmmüəlliflərim və mən bu yaxınlarda dərc olunmuş məqalədə müzakirə etdiyimiz başqa bir ehtimal var. Bizim fotonlarımızın güzgü sektorunun fotonları ilə çox az qarışa biləcəyini düşünməyə əsas var. Bu hal, prinsipcə, güzgü hissəciklərinin qeydə alınmasına yol açır”.

Bir nəzəriyyəyə görə, Kainatımız yarandıqdan qısa müddət sonra, ən yüngülləri istisna olmaqla, bütün güzgü hissəcikləri çürüdü. Sağ qalanlar özlərini qaranlıq maddə haloları kimi göstərən kosmik klasterlər yarada bilərlər. Ancaq bu ssenariyə görə, güzgü ulduzları və güzgü planetləri yoxdur - sadəcə olaraq onlar üçün kifayət qədər tikinti materialı yoxdur.

Simmetriya və antimaddə

CP simmetriyasının pozulması birbaşa maddə ilə antimaddə arasındakı fərqlə bağlıdır. 1990-cı illərin sonlarında CERN neytral K 0 kaonlarla çox gözəl bir təcrübə apardı, hər biri bir d kvark və daha böyük qəribə antikvarkdan ibarətdir. Təbiət qanunları antikvarka enerjisinin bir hissəsini itirərək anti-d-yə çevrilməsinə imkan verir. Buraxılan enerji kaonun parçalanmasına gedə bilər, lakin ola bilsin ki, qonşu d-kvark onu udsun və qəribə kvarka çevrilsin. Nəticədə anti-d kvark və qəribə kvarkdan, yəni neytral antikaondan ibarət zərrəcik meydana çıxacaq. Formal olaraq, bu transformasiya CP transformasiyasının kaona tətbiq edilməsinin nəticəsi kimi təsvir edilə bilər!

Beləliklə, CP simmetriyası mütləq ciddi şəkildə müşahidə edilirsə, neytral kaon K 0 əks çevrilmələrə məruz qaldıqları kimi eyni ehtimalla öz antihissəciklərinə çevrilir. CP simmetriyasının hər hansı bir pozulması bu ehtimallardan birində dəyişikliyə səbəb olacaqdır. Bərabər sayda neytral kaon və antikaonlardan ibarət bir şüa hazırlasaq və hər iki hissəciyin konsentrasiyasının dinamikasını izləsək, onların kvant salınımlarının CP simmetriyasına uyğun olub olmadığını öyrənə bilərik.

CERN-dəki fiziklərin etdikləri məhz budur. Neytral antikaonların antikaonlara çevrildiklərindən bir az daha tez kaonlara çevrildiyini aşkar etdilər. Yəni antimaddənin maddənin antimaddəyə çevrilməsindən daha sürətli maddəyə çevrildiyi bir proses kəşf edilmişdir! Maddənin və antimaddənin başlanğıcda bərabər payları olan qarışıqda zamanla kiçik, lakin hələ də ölçülə bilən artıq maddə əmələ gəlir. Eyni təsir digər ağır neytral hissəciklər - D 0 - mezonlar və B 0 - mezonlar ilə aparılan təcrübələrdə də aşkar edilmişdir.

Beləliklə, iyirminci əsrin sonunda təcrübəçilər zəif qarşılıqlı təsirlərin hissəciklərə və antihissəciklərə fərqli təsir etdiyini inandırıcı şəkildə sübut etdilər. Baxmayaraq ki, bu fərqlər özləri çox kiçikdir və yalnız çox ekzotik hissəciklərin müəyyən çevrilmələri zamanı aşkar edilir, hamısı tamamilə realdır. Bu, maddə ilə antimaddə arasında fiziki asimmetriyanın olması deməkdir.

Şəkili tamamlamaq üçün daha bir halı qeyd etməyə dəyər. 1950-ci illərdə relativistik kvant mexanikasının ən mühüm mövqeyi sübut olundu - CPT teoremi. Burada qeyd edilir ki, hissəciklər və antihissəciklər CP çevrilməsinə görə ciddi şəkildə simmetrikdir, ardınca isə zamanın dəyişməsi (doğru desək, bu teorem yalnız cazibə qüvvəsi nəzərə alınmadan doğrudur, əks halda sual açıq qalır). Nəticə etibarı ilə, bəzi proseslərdə CP simmetriyası müşahidə olunmursa, onların "irəli" və "geri" istiqamətlərdə sürəti (təbii ki, biri və digəri hesab olunan, razılaşma məsələsidir) qeyri-bərabər olmalıdır. CERN-də neytral kaonlarla aparılan təcrübələr məhz bunu sübut etdi.

Antidünyalar haradadır?

1933-cü ildə Pol Dirak öz Nobel mühazirəsində qeyd etdiyi Kainatımızda bütöv antimaddə adalarının olduğuna əmin idi. Ancaq müasir alimlər hesab edirlər ki, nə bizim Qalaktikamızda, nə də ondan kənarda belə adalar yoxdur.

Təbii ki, antimaddə belə mövcuddur. Antihissəciklər bir çox yüksək enerjili proseslər - məsələn, ulduz yanacağının termonüvə yanması və partlayışlar nəticəsində əmələ gəlir. fövqəlnovalar. Onlar ətrafdakı maqnitləşdirilmiş plazma buludlarında yaranır neytron ulduzları və qara dəliklər, ulduzlararası məkanda sürətli kosmik hissəciklərin toqquşması zamanı, bombardman zamanı yerin atmosferi kosmik şüalar və nəhayət, sürətləndirici təcrübələrdə. Bundan əlavə, bəzi radionuklidlərin parçalanması antihissəciklərin - yəni pozitronların əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur. Ancaq bütün bunlar sadəcə antihissəciklərdir və heç də antimaddə deyil. İndiyə qədər heç kim kosmik antiheliumu, hətta daha ağır elementləri belə aşkar edə bilməyib. Maddənin və antimaddənin kosmik klasterlərinin sərhədlərində məhv edilməsi nəticəsində yaranan spesifik spektrli qamma şüalanmasının axtarışı da uğursuz oldu.

Elmi ədəbiyyatda naməlum mənşəli kosmik antihissəciklərin qeyri-standart ilkin mənbələrinin kəşfi haqqında vaxtaşırı hesabatlar verilir. 2009-cu ilin aprelində PAMELA detektor kompleksi tərəfindən aşkar edilən həddindən artıq sürətli pozitronların sirli artıqlığı haqqında məlumatlar dərc olundu. Bu avadanlıq 2006-cı il iyunun 15-də Baykonur kosmodromundan aşağı Yer orbitinə göndərilmiş Rusiyanın Resurs-DK1 peykinin göyərtəsində yerləşir. Bəzi ekspertlər bu nəticəni hipotetik qaranlıq maddə hissəciklərinin məhv edilməsinin mümkün sübutu kimi şərh etdilər, lakin tezliklə daha az ekzotik bir izahat ortaya çıxdı. Bu fərziyyəni İtaliya Milli Nüvə Fizikası İnstitutunun bir hissəsi olan Qran Sasso Milli Laboratoriyasından məşhur kosmik şüa mütəxəssisi Veniamin Berezinski PM üçün şərh edib: “ Standart model qalaktik kosmik şüaların doğulması üç mövqeyə əsaslanır. Yüklü hissəciklərin ilk və əsas mənbəyi fövqəlnova qalıqları hesab olunur. İkinci fikir ondan ibarətdir ki, partlamadan sonrakı zərbə dalğalarının cəbhələrində hissəciklər ultra relyativistik sürətlərə qədər sürətlənir və bu sürətlənmədə onların öz maqnit sahəsi çox böyük rol oynayır. Üçüncü mövqe, kosmik şüaların diffuziya yolu ilə yayılmasıdır. Keçmiş tələbəm və hazırda Milli Astrofizika İnstitutunun professoru Pasquale Blasi göstərdi ki, PAMELA kompleksi tərəfindən aşkar edilən pozitronların artıqlığı bu modelə kifayət qədər uyğundur. Zərbə dalğalarında sürətlənmiş protonlar kosmik qaz hissəcikləri ilə toqquşur və məhz onların sürətlənmə zonasında müsbət pionlara çevrilir, onlar parçalanaraq pozitron və neytrinolar əmələ gətirirlər. Blasinin hesablamalarına görə, bu proses PAMELA-nın müəyyən etdiyi pozitronların tam konsentrasiyasını yarada bilər. Pozitronların yaranması üçün belə bir mexanizm tamamilə təbii görünür, lakin nədənsə bu günə qədər heç kimin ağlına gəlməyib. Blasi eyni zamanda bu proseslərin artıq antiprotonlar da yaratmalı olduğunu göstərdi. Bununla belə, onların istehsalı üçün kəsişmə pozitronlar üçün müvafiq dəyərdən çox kiçikdir, buna görə də onları yalnız daha yüksək enerjilərdə aşkar etmək olar. Düşünürəm ki, zaman keçdikcə bu mümkün olacaq”.

Ümumiyyətlə, indiyə qədər hər şey kosmosda nə anti-ulduzların, nə antiplanetlərin, nə də ən kiçik antimeteorların olmadığını göstərir. Digər tərəfdən, Böyük Partlayışın adi modelləri, doğulduqdan qısa müddət sonra Kainatımızın bərabər sayda hissəcik və antihissəciklərdən ibarət olduğunu iddia edir. Bəs niyə birincilər sağ qaldı, ikincisi yox oldu? Bu sualın cavabını PM-nin növbəti sayında oxuyun.

Dirak tənliyinə görə, elektronun pozitronla görüşü onlar üçün ölümcül nəticələr verir - hər iki hissəcik yox olur. Belə heyrətamiz proqnoz və onun eksperimental təsdiqi həm fiziklərdə, həm də qeyri-fiziklərdə güclü təəssürat yaratdı - axı bu, maddənin tam radiasiyaya çevrilməsinin ilk nümunəsi idi. Yeni kəşf edilən effekt latınca tam məhv mənasını verən annihilation adlanırdı.

İndiyə qədər heç kim kosmik antihelium və qamma radiasiyasını maddə və antimaddə qruplarının sərhədlərində məhv edilməsi nəticəsində yaranan xüsusi spektrli aşkar edə bilməyib.

Əslində, zərrəciklərin və antihissəciklərin qarşılıqlı təsirinin dəyişməz olaraq fotonların yaranmasına səbəb olması fikri hətta elektronlara və pozitronlara münasibətdə də doğru deyil. Sərbəst elektron-pozitron cütü yalnız enerjisi çox yüksək olmadıqda elektromaqnit kvantları yaratmaq üçün məhv olur. Çox sürətli elektronlar və pozitronlar müsbət və mənfi pi-mezonlar (aka pionlar), artı və mənfi müonlar, protonlar və antiprotonlar və hətta daha ağır hissəciklər yaratmağa qadirdirlər - əgər enerji kifayətdirsə. Yavaş protonlar və antiprotonlar məhv edildikdə, qamma şüalarına, muonlara və neytrinolara parçalanan yüklü və neytral pionlara (və sürətli olanlar digər hissəciklərə) səbəb olur. Prinsipcə, hissəciyin toqquşması və onun antikopiyası simmetriya prinsipləri və qorunma qanunları ilə qadağan olunmayan hissəciklərin istənilən kombinasiyası ilə nəticələnə bilər.

Yuxarıda göstərilənlərin hamısı sərbəst hissəciklərin məhvinə aiddir. Əgər onlardan ən azı biri kvant sisteminin bir hissəsidirsə, prinsipcə vəziyyət eyni qalır, lakin alternativlər dəyişir. Məsələn, sərbəst elektronun və sərbəst pozitronun məhvi heç vaxt yalnız bir kvant yarada bilməz - impulsun saxlanması qanunu buna imkan vermir. Toqquşan cütün ətalət mərkəzi sistemində işlədiyinizi görmək ən asandır - onda ilkin impuls sıfıra bərabər olacaq və buna görə də harada uçmasından asılı olmayaraq heç bir şəkildə tək bir fotonun impulsu ilə üst-üstə düşə bilməz. . Pozitron, məsələn, hidrogen atomunun bir hissəsi olan elektronla qarşılaşarsa, tək foton annihilasiyası da mümkündür - bu halda impulsun bir hissəsi atom nüvəsinə keçəcəkdir.

Antimaddə axtarmağın əsas yolları annigilyasiya enerjisi ilə radiasiyanın qeydə alınması və ya antihissəciklərin kütlə və yüklə birbaşa qeyd edilməsidir. Antiprotonlar və antihelium nüvələri atmosferdən keçə bilmədiklərinə görə, onların aşkarlanması yalnız hava şarlarında atmosferin yüksək təbəqələrinə qaldırılmış cihazların və ya Mirə çatdırılan AMS-01 maqnit alfa-spektrometri kimi orbital alətlərin köməyi ilə mümkündür. 1998-ci ildə stansiya və ya onun əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirilmiş qardaşı AMS-02 (şəkildə) 2010-cu ildə ISS-də işə başlayacaq.

Bəs antigrav?

İngilis fiziki Artur Şuster hesab edirdi ki, antimaddə adi maddədən cazibə qüvvəsi ilə dəf edilir, lakin müasir elm bunu mümkünsüz hesab edir. Mikrodünya qanunlarının simmetriyasının ən ümumi prinsiplərindən belə çıxır ki, antihissəciklər “anti” prefiksi olmayan hissəciklər kimi cazibə qüvvələri tərəfindən bir-birinə cəlb edilməlidir. Hissəciklərin və antihissəciklərin qravitasiya qarşılıqlı təsirinin nə olduğu sualı hələ tam həllini tapmayıb, lakin onun cavabı demək olar ki, aydındır.

Əvvəlcə Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsinə nəzər salaq. O, qravitasiya və ətalət kütlələrinin ciddi bərabərliyi prinsipinə əsaslanır və adi materiya üçün bu ifadə bir çox dəqiq ölçmələrlə eksperimental olaraq təsdiq edilmişdir. Zərrəciyin ətalət kütləsi onun antihissəciyinin kütləsinə tam bərabər olduğundan, onların cazibə kütlələrinin də bərabər olması ehtimalı çox böyük görünür. Ancaq bu, çox inandırıcı olsa da, yenə də bir fərziyyədir və ümumi nisbi nəzəriyyə ilə sübuta yetirilə bilməz.

Maddə və antimaddə arasında cazibə qüvvəsinin itməsinə qarşı başqa bir arqument kvant mexanikasından irəli gəlir. Xatırlayaq ki, adronlar (güclü qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edən hissəciklər) qluon bağları ilə bir-birinə yapışmış kvarklardan ibarətdir. Hər bir baryon üç kvarkdan, mezonlar isə həmişə eyni olmayan kvarkların və antikvarkların qoşalaşmış birləşmələrindən ibarətdir (kvark və öz antikvarkını ehtiva edən mezon, tamamilə eyni olması mənasında həqiqətən neytral hissəcikdir). onun antimezonuna). Lakin bu kvark strukturları tamamilə sabit hesab edilə bilməz. Məsələn, bir proton hər biri +2/3 elementar elektrik yükü daşıyan iki u-kvarkdan və -1/3 yüklü bir d-kvarkdan ibarətdir (buna görə də protonun yükü + 1). Lakin bu kvarklar qlyuonlarla qarşılıqlı təsir nəticəsində çox qısa müddət ərzində öz təbiətini dəyişə bilirlər - xüsusən də antikvarklara çevrilirlər. Əgər hissəciklər və antihissəciklər cazibə qüvvəsi ilə itələnirlərsə, protonun (və təbii olaraq neytronun) çəkisi zəif rəqslər yaratmalıdır. Ancaq indiyə qədər heç bir laboratoriya belə bir təsir aşkar etməyib.

Antimaddə və Süd Yolu

1970-ci illərdə astronomlar yüksək hündürlükdə hava şarlarına quraşdırılmış qamma-şüaları teleskoplarından istifadə edərək, bizim Qalaktikamızın tam mərkəzindən - Süd Yolundan gələn 511 keV enerjili qamma şüalarını aşkar etdilər. Sərbəst elektronların və pozitronların məhvi üçün xarakterik olan bu enerjidir ki, bu da ölçüsü təxminən 10.000 işıq ili olan antimateriya buludunun mövcudluğunu irəli sürdü.

Beləliklə, fərq nədir?

Və sonra birdən hər şey kəskin şəkildə dəyişdi. 1956-cı ildə amerikalı fiziklər Li Tsung-tao və Yang Jenning Nobel mükafatı qazanmış bir məqalə dərc etdilər və burada iki eyni görünən hissəciyin, tetamezon və taumesonun müxtəlif sayda pionlara parçalanmasının yaratdığı çətinliyi müzakirə etdilər. Müəlliflər vurğulayırdılar ki, bu cür çürümələrin təbiəti sağdan sola keçid zamanı dəyişən proseslərlə, başqa sözlə, güzgü əksi ilə əlaqəli olduğunu düşünsək, bu problemi həll etmək olar (bir az sonra fiziklər başa düşdülər ki, ümumiyyətlə, hər birində üç koordinat müstəvisindən yansımalar haqqında danışmaq lazımdır - ya da eynidir, bütün fəza koordinatlarının əlamətlərini dəyişdirmək, məkan inversiyasından). Bu o deməkdir ki, aynalı proses qadağan oluna bilər və ya əks olunmadan əvvəl olduğundan fərqli bir ehtimalla baş verə bilər. Bir il sonra amerikalı eksperimentatorlar (iki müstəqil qrupa mənsub və müxtəlif üsullarla işləyən) belə proseslərin həqiqətən mövcud olduğunu təsdiqlədilər.

Bu yalnız başlanğıc idi. Eyni zamanda, SSRİ və ABŞ-dan olan nəzəri fiziklər başa düşdülər ki, güzgü simmetriyasının pozulması hissəciklərin antihissəciklərlə əvəz edilməsi ilə bağlı simmetriyanın pozulmasına imkan verir ki, bu da təcrübələrdə dəfələrlə sübut edilmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, Li və Yanqdan bir qədər əvvəl, lakin hələ 1956-cı ildə güzgü simmetriyasını pozmaq ehtimalı eksperimental fizik Martin Blok və böyük nəzəriyyəçi Riçard Feynman tərəfindən müzakirə edilmiş, lakin onlar bu mülahizələri heç vaxt dərc etməmişlər.

Fiziklər ənənəvi olaraq güzgü əksini latın P hərfi ilə, hissəciklərin antihissəcikləri ilə əvəzlənməsini isə C hərfi ilə işarələyirlər. Hər iki simmetriya yalnız zəif qarşılıqlı təsir prosesində pozulur, yəni atom nüvələrinin beta parçalanmasına cavabdeh olan prosesdə. Buradan belə nəticə çıxır ki, məhz zəif qarşılıqlı təsirlərə görə hissəciklərin və antihissəciklərin davranışında fərqlər mövcuddur.

2010-cu ildəki sonuncu məkik missiyalarından biri (STS-134) zamanı MSK-ya yeni elmi alət, alfa maqnit spektrometri (AMS-02, Alfa Maqnit Spektrometr) gətiriləcək. Onun prototipi AMS-01 gəmiyə çatdırılıb kosmik stansiya 1998-ci ildə "Mir" və konsepsiyanın həyat qabiliyyətini təsdiqlədi. Əsas məqsəd elmi proqram Burada kosmik şüaların tərkibinin yüksək dəqiqliklə tədqiqi və ölçülməsi, həmçinin maddənin ekzotik formalarının - qaranlıq maddənin, qəribə materiyanın (tərkibində qəribə (lər) kvarkları olan hissəciklər), eləcə də antimateriyanın axtarışı aparılacaq. xüsusilə antihelium nüvələri.

Güzgü simmetriyasının qəribə bir şəkildə pozulması onu bir şeylə kompensasiya etmək cəhdlərinə səbəb oldu. Artıq 1956-cı ildə Lee və Yang və müstəqil olaraq Lev Landau təbiətin C və P çevrilmələrinin (CP simmetriyası adlanan) birgə tətbiqi ilə bir-birindən əldə edilən sistemlər arasında fərq qoymadığını irəli sürdülər. Nəzəri nöqteyi-nəzərdən bu fərziyyə çox inandırıcı görünürdü və üstəlik, eksperimental məlumatlara yaxşı uyğun gəlirdi. Lakin, cəmi səkkiz il sonra, Brookhaven Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları aşkar etdilər ki, yüklənməmiş K-mezonlarından biri (və ya kaon da adlandırılır) pion cütlüyünə çevrilə bilər. CP simmetriyasına ciddi şəkildə əməl olunarsa, belə bir transformasiya mümkün deyil - və buna görə də bu simmetriya universal deyil! Doğrudur, zahirən qadağan olunmuş çürümələrin nisbəti 0,2% -dən çox olmadı, amma yenə də baş verdi! Bu kəşf Brookhaven komandasının liderləri Ceyms Kronin və fizika üzrə Nobel mükafatı laureatı Val Fitçi gətirdi.

Simmetriya və antimaddə

CP simmetriyasının pozulması birbaşa maddə ilə antimaddə arasındakı fərqlə bağlıdır. 1990-cı illərin sonlarında CERN neytral K0 kaonlarla çox gözəl bir təcrübə etdi, hər biri bir d-kvark və daha böyük qəribə antikvarkdan ibarət idi. Təbiət qanunları antikvarka enerjisinin bir hissəsini itirərək anti-d-yə çevrilməsinə imkan verir. Buraxılan enerji kaonun parçalanmasına gedə bilər, lakin ola bilsin ki, qonşu d-kvark onu udsun və qəribə kvarka çevrilsin. Nəticədə anti-d kvark və qəribə kvarkdan, yəni neytral antikaondan ibarət zərrəcik meydana çıxacaq. Formal olaraq, bu transformasiya CP transformasiyasının kaona tətbiq edilməsinin nəticəsi kimi təsvir edilə bilər!

Beləliklə, əgər CP simmetriyası mütləq ciddi şəkildə müşahidə edilirsə, onda neytral kaon K0 əks çevrilmələrə məruz qaldıqları kimi eyni ehtimalla öz antihissəciklərinə çevrilir. CP simmetriyasının hər hansı bir pozulması bu ehtimallardan birində dəyişikliyə səbəb olacaqdır. Bərabər sayda neytral kaon və antikaonlardan ibarət bir şüa hazırlasaq və hər iki hissəciyin konsentrasiyasının dinamikasını izləsək, onların kvant salınımlarının CP simmetriyasına uyğun olub olmadığını öyrənə bilərik.

CERN-dəki fiziklərin etdikləri məhz budur. Neytral antikaonların antikaonlara çevrildiklərindən bir az daha tez kaonlara çevrildiyini aşkar etdilər. Yəni antimaddənin maddənin antimaddəyə çevrilməsindən daha sürətli maddəyə çevrildiyi bir proses kəşf edilmişdir! Maddənin və antimaddənin başlanğıcda bərabər payları olan qarışıqda zamanla kiçik, lakin hələ də ölçülə bilən artıq maddə əmələ gəlir. Eyni təsir digər ağır neytral hissəciklərlə - D0 mezonları və B0 mezonları ilə aparılan təcrübələrdə də aşkar edilmişdir.

Şəkili tamamlamaq üçün daha bir halı qeyd etməyə dəyər. 1950-ci illərdə relativistik kvant mexanikasının ən mühüm mövqeyi olan CPT teoremi sübuta yetirildi. Burada qeyd edilir ki, hissəciklər və antihissəciklər CP çevrilməsinə görə ciddi şəkildə simmetrikdir, ardınca isə zamanın dəyişməsi (doğru desək, bu teorem yalnız cazibə qüvvəsi nəzərə alınmadan doğrudur, əks halda sual açıq qalır). Nəticə etibarilə, bəzi proseslərdə CP simmetriyası müşahidə olunmursa, onların “irəli” və “geri” istiqamətlərdə sürəti (təbii ki, biri və digəri hesab olunan, razılaşma məsələsidir) eyni olmamalıdır. CERN-də neytral kaonlarla aparılan təcrübələr məhz bunu sübut etdi.

AMS-02 missiyası təxminən yeddi il davam edəcək. ISS-ə yerləşdirilən yeddi tonluq modulun 1 milyarddan çox helium nüvəsini və bir neçə anti-helium nüvəsini aşkar edəcəyi gözlənilir. Bu detektorun sələfi AMS-01 1 milyona yaxın helium nüvəsini aşkar etdi, lakin antihelium aşkar etmədi.

Antidünyalar haradadır?

Təbii ki, antimaddə belə mövcuddur. Antihissəciklər bir çox yüksək enerjili proseslər nəticəsində əmələ gəlir, məsələn, ulduz yanacağının termonüvə yanması və fövqəlnova partlayışları. Onlar neytron ulduzları və qara dəlikləri əhatə edən maqnitləşdirilmiş plazma buludlarında, ulduzlararası fəzada sürətli kosmik hissəciklərin toqquşması zamanı, Yer atmosferinin kosmik şüalarla bombardmanı zamanı və nəhayət, sürətləndirici təcrübələrdə yaranır. Bundan əlavə, bəzi radionuklidlərin parçalanması antihissəciklərin, yəni pozitronların əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur. Ancaq bütün bunlar sadəcə antihissəciklərdir və heç də antimaddə deyil. İndiyə qədər heç kim kosmik antiheliumu, hətta daha ağır elementləri belə aşkar edə bilməyib. Maddənin və antimaddənin kosmik klasterlərinin sərhədlərində məhv edilməsi nəticəsində yaranan spesifik spektrli qamma şüalanmasının axtarışı da uğursuz oldu.

Elmi ədəbiyyatda naməlum mənşəli kosmik antihissəciklərin qeyri-standart ilkin mənbələrinin kəşfi haqqında vaxtaşırı hesabatlar verilir. 2009-cu ilin aprelində PAMELA detektor kompleksi tərəfindən aşkar edilən həddindən artıq sürətli pozitronların sirli artıqlığı haqqında məlumatlar dərc olundu. Bu avadanlıq 2006-cı il iyunun 15-də Baykonur kosmodromundan aşağı Yer orbitinə göndərilmiş Rusiyanın Resurs-DK1 peykinin göyərtəsində yerləşir. Bəzi ekspertlər bu nəticəni hipotetik qaranlıq maddə hissəciklərinin məhv edilməsinin mümkün sübutu kimi şərh etdilər, lakin tezliklə daha az ekzotik bir izahat ortaya çıxdı. Bu fərziyyəni İtaliya Milli Nüvə Fizikası İnstitutunun bir hissəsi olan Qran Sasso Milli Laboratoriyasından məşhur kosmik şüa mütəxəssisi Veniamin Berezinski PM üçün şərh edib: “Qalaktik kosmik şüaların doğuşunun standart modeli üç mövqeyə əsaslanır. Yüklü hissəciklərin ilk və əsas mənbəyi fövqəlnova qalıqları hesab olunur. İkinci fikir ondan ibarətdir ki, partlamadan sonrakı zərbə dalğalarının cəbhələrində hissəciklər ultra relyativistik sürətlərə qədər sürətlənir və bu sürətlənmədə onların öz maqnit sahəsi çox böyük rol oynayır. Üçüncü mövqe, kosmik şüaların diffuziya yolu ilə yayılmasıdır. Keçmiş tələbəm və hazırda Milli Astrofizika İnstitutunun professoru Pasquale Blasi göstərdi ki, PAMELA kompleksi tərəfindən aşkar edilən pozitronların artıqlığı bu modelə kifayət qədər uyğundur. Zərbə dalğalarında sürətlənmiş protonlar kosmik qaz hissəcikləri ilə toqquşur və məhz onların sürətlənmə zonasında müsbət pionlara çevrilir, onlar parçalanaraq pozitron və neytrinolar əmələ gətirirlər. Blasinin hesablamalarına görə, bu proses PAMELA-nın müəyyən etdiyi pozitronların tam konsentrasiyasını yarada bilər. Pozitronların yaranması üçün belə bir mexanizm tamamilə təbii görünür, lakin nədənsə bu günə qədər heç kimin ağlına gəlməyib. Blasi eyni zamanda bu proseslərin artıq antiprotonlar da yaratmalı olduğunu göstərdi. Bununla belə, onların istehsalı üçün kəsişmə pozitronlar üçün müvafiq dəyərdən çox kiçikdir, buna görə də onları yalnız daha yüksək enerjilərdə aşkar etmək olar. Düşünürəm ki, zaman keçdikcə bu mümkün olacaq”.

Dünya yoxsa anti-dünya?

Təsəvvür edək ki, biz ağıllı həyat olan planetə yaxınlaşan ulduzlararası gəmidə uçuruq. Qardaşlarımızın nədən ibarət olduğunu necə öyrənə bilərik - maddə və ya antimater? Biz kəşfiyyat zondu göndərə bilərik, lakin o, atmosferdə partlayarsa, Krzysztof Borunun elmi fantastika romanı Antidünyada olduğu kimi, biz kosmik təcavüzkar hesab oluna bilərik. Eyni neytral kaonlardan və antikaonlardan istifadə etməklə bunun qarşısını almaq olar. Artıq qeyd edildiyi kimi, onlar yalnız bir-birinə çevrilməyə deyil, həm də parçalanmağa qadirdirlər və müxtəlif yollarla. Xüsusilə, belə parçalanmalarda müsbət pionlar və elektronlar və ya mənfi pionlar və pozitronlar ilə müşayiət olunan neytrinolar istehsal edilə bilər. Maddə ilə antimaddə arasındakı asimmetriyaya görə belə reaksiyaların sürətləri bir qədər fərqli olur. Bu hal "lakmus testi" kimi istifadə edilə bilər. Yad planeti antimateriallıq üçün sınamaq üçün təmiz kaonları və antikaonları deyil, adətən Ks və Kl (s - qısa və l - uzun) kimi işarələnən qarışıq vəziyyətlərini götürmək rahatdır. Fakt budur ki, L vəziyyətində zərrəciyin ömrü S vəziyyətindən 570 dəfə uzundur (8,95x10^-11 saniyəyə qarşı 5,12x10^-8 san). Kaonların uzunömürlü versiyasında maddənin və antimateriyanın simmetriyası daha güclüdür - hər 10 min parçalanma üçün düzgün tip təxminən 5015 pozitron, 4985 isə elektron istehsal edir. Yeri gəlmişkən qeyd edək ki, Kronin və Finçin tarixi təcrübəsi Kl mezonları üzərində də aparılıb. İndi gəlin qardaşlarımızı nəzərə alaraq söhbətə başlayaq. Kaonların xarakterik kütləsi protonun kütləsinin yarısından bir qədər böyükdür. Gəlin danışıqlar aparan tərəfdaşlarımıza izah edək ki, bizə kütləsi ən sadə atomun nüvəsinin kütləsindən bir qədər böyük olan qeyri-sabit neytral hissəcik lazımdır. Yadplanetli fiziklər nədən danışdığımızı başa düşəcək, Kl mezonları istehsal edəcək və onların çürümələrinin bizi maraqlandıran xüsusiyyətlərini təyin edəcəklər. Onlar buna müvəffəq olduqdan sonra soruşacağıq ki, bu parçalanmalarda yaranan yüklü hissəciklərin ən yüngülünün elektrik yükünün işarəsi əks işarəli oxşar hissəcikdən bir qədər tez-tez yaranır. dünyalarının atomlarını təşkil edir. Cavab müsbət olarsa, bizə aydın olacaq ki, onların atomlarında pozitronlar var və deməli, yadplanetli antimaddədən ibarətdir. Cavab yoxsa, eniş üçün hazırlaşa bilərsiniz!

Ümumiyyətlə, indiyə qədər hər şey kosmosda nə anti-ulduzların, nə antiplanetlərin, nə də ən kiçik antimeteorların olmadığını göstərir. Digər tərəfdən, Böyük Partlayışın adi modelləri, doğulduqdan qısa müddət sonra Kainatımızın bərabər sayda hissəcik və antihissəciklərdən ibarət olduğunu iddia edir. Bəs niyə birincilər sağ qaldı, ikincisi yoxa çıxdı?.. Bu sualın cavabını aşağıdakı materiallardan birində oxuyun.

Popular Mechanics jurnalında “Zərrəciklərin və antihissəciklərin müharibəsi: döyüş meydanında kim qalır” məqaləsi dərc olunub.

Biz prefiksdən istifadə etməyə öyrəşmişik əleyhinəəks varlıqları ifadə etmək. Məsələn, bir macəra filmindəki qəhrəman və antiqəhrəman barışmaz döyüşün içindədir. Lakin mikrokosmosda zərrəcik və antihissəcik bir-birinə tam əks deyildir. Zərrəcik və antihissəcik eyni kütləyə, ömür müddətinə, spinə malikdir, yalnız yükü fərqlənir. Ancaq burada da hər şey o qədər də sadə deyil.

Antihissəciklər nədir

Bir qayda olaraq, məktəbdən çox insanlar yalnız elektrik yükünü yük kimi başa düşürlər. Həqiqətən, əgər bir elektron və onun antihissəciyini - pozitron hesab etsək, onda onlar dəqiq fərqlənirlər. elektrik yükü: Elektronun mənfi elektrik yükü, pozitronun isə müsbət elektrik yükü var. Bununla belə, elektromaqnitlə yanaşı, qravitasiya, güclü və zəif qarşılıqlı təsirlər də mövcuddur ki, onların da hər birinin öz yükləri var. Tutaq ki, müsbət elektrik yüklü proton və mənfi elektrik yüklü antiproton güclü qarşılıqlı təsirdə proton üçün +1 və antiproton üçün -1-ə bərabər olan barion yükü (yaxud barion sayı) alır. Buna görə də, elektrik yükü yoxdursa, məsələn, neytron və antineytronda olduğu kimi, güclü qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklər hələ də barion sayı ilə fərqlənirlər, bu neytron üçün +1 və antineytron üçün -1-dir.

Həm barion, həm də elektrik yüklərinin sıfır olduğu vəziyyətlər varmı? Bəli, məsələn, mezonların vəziyyətində. Onlar kvark və antikvarkdan ibarətdir və tərifinə görə onların barion yükü sıfırdır. Məsələn, elektrik cəhətdən neytral K-mezonları - birləşmiş məkan və yük paritetinin pozulmasının aşkar edildiyi heyrətamiz hissəcikləri nəzərdən keçirək. K0 mezon və anti-K0 mezon var. Hər iki hissəciyin elektrik və barion yükləri sıfırdır. Nə üçün onlar hissəcik və antihissəcik hesab olunurlar? Bu zaman mezonların kvark tərkibi fərqlənir. K0 mezonu anti-s kvark və d kvarkdan ibarətdir. Anti-K0 mezonu isə əksinə, s-kvark və anti-d-kvarkdan ibarətdir. Qəribə kvark - s - yeni kvant nömrəsi və ya yükü var - qəribəlik. Qəribəlik s- və anti-s-kvarklar üçün fərqlidir, eynilə barion yükü protonlar və antiprotonlar üçün fərqlidir; d-kvarkların və d-antikvarkların qəribəliyə bənzər öz kvant nömrəsi var. Bu yüklər elektrik və barion-neytral K0 və anti-K0 mezonlarını fərqləndirməyə imkan verir.

Lakin elə olur ki, hissəciklər və antihissəciklər eynidir. Məsələn, anti-s-kvark və s-kvarkdan ibarət olan φ mezonu və onun antihissəciyi, əksinə, s-kvark və anti-kvarkdan ibarətdir. Belə çıxır ki, φ mezon öz antihissəcikidir. Əslində, φ mezonuna bənzər çoxlu hissəciklər var. Onlardan ən məşhuru, yəqin ki, cazibə kvarkından və antikvarkdan ibarət olan J/ψ mezonudur. Fotonlar da özləri ilə eynidir. Zəif qarşılıqlı təsirin daşıyıcıları - Z0 bozonları da. Ancaq bir elementar hissəcik var ki, onun özü ilə eyni olub-olmaması sualının cavabı hələ də aydınlaşdırılmayıb. Bu hissəcik bir neytrinodur. Yalnız zəif və qravitasiya qarşılıqlı təsirlərində iştirak edir. Bununla belə, qravitasiya qarşılıqlı təsiri hazırda mövcud olan enerji miqyasında heç bir rol oynamır. Buna görə də deyə bilərik ki, neytrinolar yalnız zəif qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edirlər. Kvant sahə nəzəriyyəsində neytrinoların vəziyyətini təsvir etmək üçün iki yanaşma var. Birincisi, neytrinoların və antineytrinoların bir-biri ilə eyni olmadığı hesab edilən Dirak yanaşmasıdır. Başqa sözlə, nəzəriyyəçilərin nöqteyi-nəzərindən neytrino və antineytrinolar elektron və pozitronlara bənzəyir. İkincisi, neytrinoların və antineytrinoların bir-birləri ilə eyni hesab edildiyi Majorana yanaşmasıdır. Majorana konsepsiyasının lehinə seçim nüvələrin ikiqat neytrinosuz beta parçalanmasının eksperimental müşahidəsi ilə verilə bilər. Bu çürümə eksperimental olaraq müşahidə edilməsi ən çətin olanlardan biridir. Hazırda bu proses hələ də aşkar edilməyib.

Antihissəciklərin kəşf tarixi

Artıq daxil Qədim Yunanıstan qədim mütəfəkkirlər maddənin əsas quruluşu ilə maraqlanırdılar. O illərin elmi dəbinə görə, yunanlar ilkin elementləri axtarırdılar. Bu axtarışlar nəticəsində yunanlar bir neçə tamamilə fərqli ilkin elementlər dəsti və hətta ekstravaqant bir çəki kimi atomlar anlayışı ilə qarşılaşdılar. Ancaq yunanlar müxtəlif dəstlər arasında seçim edə bilmədilər, çünki seçim etmək üçün yalnız məntiqi arqumentlər kifayət etmədi və həlledici bir təcrübə aparmaq ideyası təxminən 2000 il idi.

Yalnız 17-18-ci əsrlərin sonlarında fizika əsas hərəkətverici qüvvəsi təcrübə olan bir elm kimi meydana çıxdı və 20-ci əsrin birinci rübünə qədər belə qaldı. Məhz gözlənilməz eksperimental nəticələr klassik elektrodinamika, xüsusi nisbilik və kvant mexanikasının yaranmasına səbəb oldu.

Ancaq 1928-ci ildə hər şey dəyişdi. Görkəmli ingilis nəzəri fiziki, kvant mexanikasının yaradıcılarından biri Pol Dirak yarım tam spinli hissəciklər üçün relativistik kvant tənliyini yazdı. Bu tənlik bir idi mühüm xüsusiyyət, ki, Dirac ona daxil etmədi: əgər bu tənliyin mənfi elektrik yüklü hissəciklər üçün həlli varsa, o zaman əlavə bir həll qaçılmaz olaraq hissəciklər üçün meydana çıxdı. müsbət yük. 1930-cu illərin əvvəllərində yarım tam spin və mənfi yüklü yalnız bir məlum hissəcik var idi - elektron - və yarım tam spin və müsbət yüklü bir hissəcik və bu proton idi. Əvvəlcə fiziklər Dirak tənliyinin iki həllinin bu iki hissəcikə uyğun gəldiyini düşünürdülər. Lakin çox keçmədən alman riyaziyyatçısı Herman Veyl sübut etdi ki, müsbət və mənfi yüklü Dirak tənliyindən gələn hissəciklərin kütlələri eyni olmalıdır. Problem burada yaranır, çünki bir proton elektrondan təxminən 2000 dəfə ağırdır.

Yəni, Dirakın nəzəriyyəsi prinsipial olaraq yeni bir faktı proqnozlaşdırırdı. Danışan müasir dil, Paul Dirac antihissəcikləri proqnozlaşdırdı. Yalnız əvvəlcə heç kim onlara inanmadı və Diracın özü də səhv olduğu iddia edilən tənliyə görə tənqid olundu. Və boş yerə. Axı, antihissəciklərin kəşfindən bir il keçdi. Lakin hətta onların kəşfçisi, istedadlı sovet eksperimental fiziki Dmitri Vladimiroviç Skobeltsynin də bu barədə heç bir fikri yox idi. Məsələ burasındadır ki, onu o dövr üçün aktual bir problem maraqlandırırdı: kosmik şüaların, yəni kosmosdan Yerə düşən hissəciklərin tərkibini öyrənmək. Kosmik şüa hissəciklərinin impulsunu və onların yükünü ölçmək üçün Skobeltsyn bulud kamerasını - 1930-cu illərdə yüklü hissəciklərin izlərini qeydə alan yeni aləti daimi maqnit sahəsində yerləşdirdi. Belə bir kamerada kosmosdan gələn müsbət yüklü hissəciklər bir istiqamətdə, mənfi olanlar isə digər istiqamətdə fırlanmalıdır. Skobeltsyn elektronlarınkinə bənzər, lakin bükülən bir neçə izi müşahidə etdi qarşı tərəf. Müasir biliyin yüksəkliyindən başa düşürük ki, belə izlər pozitronlar tərəfindən qalıb. Amma alim güman edirdi ki, bu izlər təbii radioaktivlik nəticəsində əmələ gələn Yerin səthindən uçan elektronlar tərəfindən qalıb və bu izlərlə maraqlanmağı dayandırıb.

Buna görə də Karl Anderson bütün dünyada pozitronların kəşfçisi hesab olunur. Bu parlaq amerikalı eksperimentator Dirakın nəzəriyyəsini bilirdi və “fərqli yüklü elektronların” varlığını eksperimental olaraq yoxlamaq istəyirdi. Anderson amerikalı eksperimentatoru Nobel mükafatı laureatı edən kiçik əlavə ilə Skobeltsynin texnikasından istifadə etdi: bulud kamerasına qurğuşun lövhə qoydu. Plitə daxil olan yüklü hissəcik enerjisinin bir hissəsini itirir, impulsu azalır və maqnit sahəsində yolun əyriliyi dəyişir. Buna görə də, yolun əyriliyini dəyişdirməklə, hissəciyin qurğuşun lövhəsinin hansı tərəfindən kameraya uçduğunu başa düşmək olar. Bu, Skobeltsynin pozitronu kəşf etməli olduğu məlumat idi. Məlum olub ki, izləri elektronlarınkinə bənzəyən, lakin əks istiqamətdə bükülən hissəciklər adi elektronlar kimi kosmosdan uçurlar. Anderson öz təcrübəsini 1932-ci ildə keçirdi. Bu il antihissəciklərin kəşf ili və hissəciklər fizikasında nəzəriyyənin eksperimenti geridə qoymağa başladığı il hesab olunur. Neytrinolar, Hiqqs bozonu və üst kvark ilk dəfə nəzəriyyəçilər tərəfindən proqnozlaşdırıldı. Bəzən təcrübələr, məsələn, Higgs bozonunda olduğu kimi, yarım əsr sonra bir nəzəriyyəni təsdiqləyirdi.

Yeni səviyyədə Qədim Yunanıstanda mövcud olan vəziyyətə qayıtdığımızı söyləyə bilərik: nəzəriyyəçilər bir çox yeni fundamental anlayışlar təklif edirlər, necə ki, bir vaxtlar yunanlar müxtəlif ilkin elementlər dəstləri təklif edirdilər. Yalnız indi eksperimentçilər belə bir texnoloji imkan varsa, bu konsepsiyaları sınaqdan keçirməyə çalışırlar.

Bəs antiproton? Bu, fiziklər tərəfindən kəşf edilən ikinci antihissəcikdir. 1955-ci ildə nasistlərdən Amerikaya qaçan bir qrup istedadlı italyan fizik Emilio Seqre tərəfindən proton sürətləndiricisində kəşf edilmişdir. Kəşf 1959-cu ildə Nobel mükafatına layiq görülüb. Demək olar ki, antiprotonla eyni vaxtda antineytron kəşf edildi.

İndi yüzlərlə antihissəcik aşkar edilmişdir. İstənilən yüklü zərrəciyin öz antihissəcikləri var. Nobel mükafatları artıq antihissəciklərin kəşfinə görə verilmir. Anderson tərəfindən kəşf edilən hissəciklərin və antihissəciklərin qarşılıqlı əlaqədə fotonlara çevrilmə xüsusiyyəti - məhv etmək - müasir fizikanın əsas sirlərindən birinə - Kainatın barion asimmetriyasına səbəb oldu. Dirak tənliyi çoxdan bütün fiziklər tərəfindən tanınıb və kvant sahəsi nəzəriyyəsinin əsasını təşkil edib.

Antihissəciklərdən antimaddəyə qədər

Əgər hələ 1960-cı illərdə fiziklər pozitronları, antiprotonları və antineytronları əldə edə bilsəydilər, o zaman belə görünür ki, buradan antimaddənin, məsələn, antihidrogenin sintezinə bir addım qalır. Lakin bu yolda böyük çətinliklər var.

Antimaddə atomlarını və molekullarını yaratmaq üçün onların tərkib bloklarını - antihissəcikləri əldə etmək kifayət deyil. Bu antihissəcikləri yavaşlatmaq lazımdır. Ancaq ən əsası, antimaddə maddədən ibarət bir dünyada saxlanmalıdır. Antihissəcikləri sadəcə qutuya yerləşdirmək olmaz: onlar qutunun divarları ilə birlikdə məhv olacaqlar. Əgər antihissəcikləri qorumaq istəyiriksə, onları vakuumda və “divarları olmayan bir qabda” saxlamalıyıq. Yüklənmiş hissəciklər üçün belə bir qab kimi güclü qeyri-homogen maqnit sahəsi istifadə edilə bilər. Neytral hissəciklərin məhdudlaşdırılması problemi daha çətindir, lakin zaman keçdikcə maqnit sahəsindən istifadə etməklə həll edildi. Hazırda antihidrogen maqnit Penning tələlərində təxminən 20 dəqiqə saxlanılır.

Antimaddə sintezinə antinüvələrin sintezi ilə başlamaq məntiqlidir. Lakin bu günə qədər bu istiqamətdə çox az irəliləyiş əldə edilmişdir. Yalnız iki antiproton və bir antineytrondan ibarət olan antihelium-3 və iki antiproton və iki antineytrondan ibarət antihelium-4 sintez edilmişdir. (Qeyd edək ki, antihelium-3 Moskva yaxınlığındakı Yüksək Enerji Fizikası İnstitutunda hazırda Rusiyada ən yüksək enerji hissəcikləri sürətləndiricisi olan U-70 sürətləndiricisində sintez edilib.)

Antiatomların sintezində daha az irəliləyiş əldə edilmişdir. Hal-hazırda yalnız antihidrogen atomları sintez edilmişdir. Tək antihidrogen atomları sintez edilmişdir Avropa mərkəzi hissəciklər fizikası (CERN) yalnız 1995-ci ildə. Əsl irəliləyiş 2002-ci ildə, təxminən 50 milyon antihidrogen atomunun sintez edildiyi zaman baş verdi. O vaxtdan bəri CERN fizika və tədqiqatlar sahəsində dünya lideridir kimyəvi xassələri antimaddə.

Antihissəciklər və təbiətin əsas qanunları

Müasir fizikada simmetriyalar müstəsna rol oynayır. Kvant sahəsi nəzəriyyəsində ən vacib simmetriyalardan biri CPT simmetriyası adlanan simmetriyadır, yəni bütün yüklərin eyni vaxtda əks © ilə əvəz edilməsinə görə simmetriya, güzgü əksi məkan (P) və zamanın əksi (T). Təbiətdə yalnız CPT-simmetrik nəzəriyyələrin həyata keçirilə biləcəyinə inanılır. CPT-dən simmetriya hissəciklərin və antihissəciklərin, məsələn, hər ikisinin kütlələrinin bərabərliyinə tabe olmalı olduğu bir çox xüsusiyyətləri izləyir. Hazırda o qədər də fərdi antihissəciklərin deyil, nüvələr və atomlar kimi daha mürəkkəb antiobyektlərin necə davranması maraqlıdır. Məsələn, CERN antihidrogen atomlarının spektroskopik xüsusiyyətlərini fəal şəkildə öyrənir. CPT simmetriyası bu xüsusiyyətlərin hidrogen atomunun xüsusiyyətləri ilə tam olaraq eyni olmasını tələb edir. Antihidrogen atomu isə hidrogen atomu kimi Yerin cazibə sahəsinə düşməlidir. Və belə bir təcrübə indi CERN-də aparılır. Beləliklə, CERN təkcə Böyük Adron Kollayderi və Hiqqs bozonu deyil. Buraya təbiətin əsas simmetriyalarının sınaqdan keçirilməsi daxildir. Ətrafımızdakı dünyanı anlamaq üçün bu simmetriyalar Higgs bozonundan daha vacibdir. İndiyə qədər təcrübələr CPT simmetriyasının pozulmasının bir əlamətini tapa bilməyib.

İndi ətrafa baxaq və özümüzə başqa bir təbii sual verək: niyə bizi əhatə edən yalnız maddədir? Bəs antimaddə dünyamızdan harada yoxa çıxdı? Bu problem Kainatın barion asimmetriyası adlanır. CPT teoremindən Böyük Partlayışdan sonra bərabər miqdarda maddə və antimaddə olduğunu gözləmək sadəlövhlükdür. Bu o deməkdir ki, gec-tez qlobal məhv ola bilər. Və yalnız demək olar ki, qarşılıqlı təsir göstərməyən tənha fotonlar cansız Kainatın ətrafında tələsəcəklər.

Barion asimmetriyasının sirri hələ də açılmayıb. Burada bir neçə cavab təklif edilə bilər. Məsələn, məsələmiz bundan ibarətdir günəş sistemi, və bizdən uzaqda yerləşən başqa bir ulduz sistemi antimaddədən ibarətdir. Bəs o zaman aydın deyil ki, nə üçün kosmosda materiya və antimaddə məhv olmaq əvəzinə ayrılmağı seçib? Astronomlar isə ulduzların antidünyalarını müşahidə etmirlər.

Başqa bir ideya 1967-ci ildə sovet akademiki və Nobel Sülh Mükafatı laureatı Andrey Dmitrieviç Saxarov tərəfindən irəli sürülüb. O, barion sayının - bu məqalənin əvvəlində haqqında danışdığımız eyni - pozulduğunu təklif etdi və əlavə olaraq birləşmiş yükün və məkan (P) paritetinin pozulmasının eksperimental faktını cəlb etdi. Sonra qeyri-sabit hissəciklər qeyri-sabit antihissəciklərdən bir qədər fərqli şəkildə çürüyə bilər. Və bu kifayətdir ki, nəticədə antimaddədən bir az daha çox maddə var. Qalan maddə və antimaddə məhv edildi. Və Kainatdakı bütün cisimlər kiçik bir artıq maddədən ibarətdir. Hazırda Saxarovun nəzəriyyəsi əlavə və inkişaf etdirilmişdir. Ancaq əsas fikir eyni olaraq qalır.

Ulduzlara qarşı maddə haqqında

Mübaliğəsiz demək olar ki, bəşəriyyət ulduzlara uçmağı xəyal edir. Ancaq hətta ən yaxın ulduz olan Proksima Kentavr üçün də Günəşdən gələn işıq üç ildən çox vaxt aparır. Qalan ulduzlar çox uzaqdadır. Elmi fantastika yazıçıları məkan-zaman tunelləri, hiperdrayvlar, onuncu ölçü və digər əlverişli, lakin təəssüf ki, sadəcə xəyali nəqliyyat üsullarının köməyi ilə belə nəhəng məsafələri asanlıqla qət edirlər. IN real dünyaİlk ulduz kəşfiyyatçılarının kosmos gəmiləri işıqla eyni məkanda və tercihen işıq sürətinə yaxın sürətlə hərəkət etməli olacaqlar. Eyni zamanda, belə bir kosmik gəminin mümkün olan ən kiçik kütləyə sahib olmasını istəyirik. Bu vəziyyətdə daha yaxşı yanacaq, antimaddədən daha çox kosmik gəmi üçün tapıla bilməz. Həqiqətən, məhvetmə zamanı yanacağın bütün kütləsi işıq sürəti ilə burundan uçan fotonlara çevrilir. Fotonlar kosmik gəmini işıq sürətinin fraksiyaları olan çox yüksək sürətlə sürətləndirməlidir. Bu o deməkdir ki, Proxima Centauri-yə uçuş, deyək ki, otuz il çəkə bilər. Bu çox şeydir, lakin ulduz tədqiqatçılarının bir nəsil ömrü ərzində Yerə qayıtmağa vaxtı olacaq. Sonra nə var? Bu, 1950-1960-cı illərin elmi fantastikasındakı kimi ola bilər: əkiz paradoksa görə demək olar ki, qocalmayan kosmosçular və kriogen kameralarda onları Yer üzündə gözləyən qızlar. Qızıl altmışıncı illərin kosmik romantikası, yoxsa iki min əllinci illərin sərt gündəlik həyatı? Lakin hər şey istər-istəməz iki həlli olmalı olan Dirakın və bulud otağına qurğuşun lövhəsi daxil etməyi təxmin edən Karl Andersonun qeyri-adi tənliyi ilə başladı.

Pozitronun və ya indi daha yaxşı adlandırılan antielektronun mövcudluğunun kiçik hissəciklərin xüsusiyyəti olduğunu güman etmək üçün heç bir əsas yox idi. Bir sıra spesifik xüsusiyyətlərə baxmayaraq, nuklonlar arasında qarşılıqlı təsir nəzəriyyəsi elektronların qarşılıqlı təsiri nəzəriyyəsi ilə eyni xətt üzrə inkişaf edir. Əksər nəzəri işlərdə nuklonların elektronlar üçün Dirak tənliklərinə olduqca oxşar tənliklərlə təsvir edilməli olduğu güman edilir. Əgər belədirsə, onda nuklonlar üçün eyni yerdə yerləşən antihissəciklərin mövcudluğunu gözləmək lazımdır

pozitron və elektronun yerləşdiyi proton və neytronla əlaqə. Təcrübə göstərdi ki, proton üçün də məhz belədir. Bir az sonra neytrondan maqnit momenti istiqamətində fərqlənən (neytron üçün maqnit momenti və fırlanma impulsunun vektoru antiparalel, antineytron üçün isə paraleldir) antineytronu kəşf edildi.

düyü. 246. (skanla bax)

Antiprotonun kəşfi ədaləti göstərir ümumi fikir- sahə ilə hissəciklər arasında qırılmaz əlaqə. Eynilə pozitron cütü kimi -

elektron, proton-antiproton cütü bir nuklonun mənfi enerji vəziyyətindən olan vəziyyətə keçməsi nəticəsində yarana bilər. müsbət enerji. Bunun üçün nə qədər az enerji tələb olunur Bu nəhəng bir enerjidir, elektron-pozitron cütünü yaratmaq üçün lazım olan enerjidən 1840 dəfə çoxdur. Antiprotonun kəşfini mümkün etmək üçün milyardlarla elektron volta malik sürətləndiricilər lazım idi.

Bir proton bir antiprotonla qarşılaşdıqda, onlar məhv olacaqlar. Nuklonlar enerjini mezon sahəsi ilə ötürdükləri üçün annigilyasiya zamanı onların kütləsi və enerjisi bu sahənin kvantlarına - mezonlara veriləcəkdir.

Növbəti illərdə bu prosesin ətraflı öyrəniləcəyi şübhəsizdir.

Şəkildə. 246 proton və antiprotonun məhv edilməsinin fotoşəkilini göstərir. Proses maye propanla doldurulmuş qabarcıq kamerasında müşahidə edilmişdir. Proses diaqramı yuxarı solda göstərilir.

Antihissəciklərin mövcudluğunun zəruriliyi ilə bağlı mülahizələr neytrinolara da aiddir. "Güzgü" şəkli antineytrino adlanır. Dubleti təşkil edən hissəciklər arasındakı fərq neytron və antineytronun fərqi ilə eynidir.

Müonlar da dublet şəklində, eləcə də başqaları şəklində baş verir elementar hissəciklər haqqında danışmadıq.

Müonlar üçlüdür: muon artı və mənfi yüklü, həmçinin sıfır yüklü növlərdə olur. Neytron və neytrinodan fərqli olaraq, spini olmayan neytral muonda antihissəcik ola bilməz (həmçinin deyə bilərik: antihissəciklə üst-üstə düşür). “Refeksiyası” olmayan başqa bir hissəcik də fotondur.