Antidelci. Vojna delcev in antidelcev Poglejte, kaj so "antidelci" v drugih slovarjih

12.09.202227.05.2017

Pravzaprav je trditev, da interakcija delcev in antidelcev vedno povzroči nastanek fotonov, napačna celo glede elektronov in pozitronov. Prosti par elektron-pozitron anihilira s tvorbo elektromagnetnih kvantov le, če njegova energija ni previsoka. Zelo hitri elektroni in pozitroni so sposobni generirati pozitivne in negativne pi-mezone (so tudi pioni), plus- in minus-mione, protone in antiprotone ter celo težje delce - dovolj bi bila le energija. Počasni protoni in antiprotoni pri anihilaciji povzročijo naelektrene in nevtralne pione (hitri pa druge delce), ki razpadejo na gama kvante, mione in nevtrine. Načeloma lahko trk delca in njegove antikopije povzroči katerokoli kombinacijo delcev, ki ni prepovedana s principi simetrije in ohranitvenimi zakoni.

Morda se zdi, da se anihilacija ne razlikuje od drugih interakcij med delci, vendar ima eno temeljno značilnost. Da iz stabilnih delcev, kot so protoni ali elektroni, ob srečanju nastane ploha eksotičnih prebivalcev mikrokozmosa, morajo biti pravilno razpršeni. Počasni protoni bodo preprosto spremenili svojo hitrost, ko se bodo srečali – s tem bo zadeva končana. Toda proton in antiproton, ki se približujeta, sta podvržena elastičnemu sipanju in se razpršita ali anihilirata in proizvedeta sekundarne delce.

Vse navedeno se nanaša na anihilacijo prostih delcev. Če je vsaj eden od njih del kvantnega sistema, ostane situacija načeloma enaka, spremenijo pa se alternative. Na primer, anihilacija prostega elektrona in prostega pozitrona ne more nikoli povzročiti samo enega kvanta - zakon o ohranitvi gibalne količine tega ne dovoljuje. To je najlažje videti, če delate v sistemu vztrajnostnega središča trkajočega se para – takrat bo začetni moment enak nič in zato ne more sovpadati z momentom posameznega fotona, ne glede na to, kam leti. Če se pozitron sreča z elektronom, ki je recimo del vodikovega atoma, je možna tudi enofotonska anihilacija – v tem primeru se bo del gibalne količine prenesel na atomsko jedro.

KAJ PA ANTIGRAV?

Angleški fizik Arthur Schuster je verjel, da navadna snov gravitacijsko odbija antimaterijo, vendar sodobna znanost meni, da je to malo verjetno. Iz najsplošnejših principov simetrije zakonov mikrosveta izhaja, da naj bi se antidelci med seboj privlačili z gravitacijo, kot delci brez predpone "anti". Vprašanje, kakšna je gravitacijska interakcija delcev in antidelcev, še ni povsem razrešeno, vendar je odgovor nanj skoraj očiten.
Začnimo z Einsteinovo splošno teorijo relativnosti. Temelji na načelu stroge enakosti gravitacijskih in vztrajnostnih mas, za običajno snov pa je bila ta trditev eksperimentalno potrjena z mnogimi zelo natančnimi meritvami. Ker je vztrajnostna masa delca popolnoma enaka masi njegovega antidelca, se zdi zelo verjetno, da sta enaki tudi njuni gravitacijski masi. Vendar je to še vedno predpostavka, čeprav zelo verjetna, in je ni mogoče dokazati s splošno teorijo relativnosti.

To je registracija sevanja z energijsko značilnostjo anihilacije ali neposredna registracija antidelcev po masi in naboju. Ker antiprotoni in antihelijeva jedra ne morejo leteti skozi atmosfero, jih je mogoče zaznati le s pomočjo instrumentov, dvignjenih v visoke plasti atmosfere na balonih, ali orbitalnih instrumentov, kot je magnetni alfa spektrometer AMS-01, dostavljen na postajo Mir. leta 1998 ali njegov precej izboljšani dvojnik AMS-02 (na sliki), ki bo začel svoje delo na ISS.

GLAVNI NAČINI ISKANJA ANTIMATERIJE

Drugi argument proti gravitacijskemu odbijanju med snovjo in antimaterijo izhaja iz kvantne mehanike. Spomnimo se, da so hadroni (delci, ki sodelujejo v močnih interakcijah) sestavljeni iz kvarkov, zlepljenih z gluonskimi vezmi. Vsak barion je sestavljen iz treh kvarkov, medtem ko so mezoni sestavljeni iz parnih kombinacij kvarkov in antikvarkov in ne vedno enakih (mezon, ki je sestavljen iz kvarka in lastnega antikvarka, je resnično nevtralen delec v smislu, da je popolnoma enak na njegov antimezon). Vendar teh struktur kvarkov ni mogoče šteti za absolutno stabilne. Proton je na primer sestavljen iz dveh u-kvarkov, od katerih ima vsak elementarni električni naboj +2/3, in enega d-kvarka z nabojem -1/3 (zato je naboj protona +1 ). Vendar pa lahko ti kvarki zaradi interakcije z gluoni za zelo kratek čas spremenijo svojo naravo - zlasti se lahko spremenijo v antikvarke. Če se delci in antidelci gravitacijsko odbijajo, bi morala teža protona (in seveda tudi nevtrona) rahlo nihati. Vendar do zdaj takšnega učinka niso odkrili v enem samem laboratoriju.

Nobenega dvoma ni, da bo nekoč Njegovo veličanstvo Eksperiment odgovorilo na to vprašanje. Potrebujemo malo - akumulirati več antimaterije in videti, kako se obnaša v zemeljskem gravitacijskem polju. Tehnično pa so te meritve neverjetno kompleksne in je težko napovedati, kdaj jih bo mogoče izvesti.

KAKŠNA JE TOREJ RAZLIKA?

Po odkritju pozitrona so bili četrt stoletja skoraj vsi fiziki prepričani, da narava ne razlikuje med delci in antidelci. Natančneje, veljalo je, da vsak fizični proces, ki vključuje delce, ustreza popolnoma enakemu procesu, ki vključuje antidelce, in oba se izvajata z enako verjetnostjo. Razpoložljivi eksperimentalni podatki so pričali, da se ta princip upošteva pri vseh štirih temeljnih interakcijah - močni, elektromagnetni, šibki in gravitacijski.
In potem se je naenkrat vse dramatično spremenilo. Leta 1956 sta ameriška fizika Li Jundao in Yang Jenning objavila članek, nagrajen z Nobelovo nagrado, v katerem sta razpravljala o težavi dveh na videz identičnih delcev, mezona theta in mezona tau, ki razpadata na različno število pionov. Avtorji so poudarili, da je to težavo mogoče rešiti, če predpostavimo, da so takšni razpadi povezani s procesi, katerih narava se spremeni pri prehodu od desne proti ohlajanju, z drugimi besedami, z zrcalnim odbojem (malo kasneje so fiziki ugotovili, da bi morali na splošno govorimo o odbojih v vsaki od treh koordinatnih ravnin - ali, kar je isto, o spremembi predznaka vseh prostorskih koordinat, prostorski inverziji). To pomeni, da je lahko zrcaljeni proces prepovedan ali pa se pojavi z drugačno verjetnostjo kot pred zrcaljenjem. Leto kasneje so ameriški eksperimentatorji (ki pripadata dvema neodvisnima skupinama in delujeta po različnih metodah) potrdili, da taki procesi res obstajajo.
To je bil šele začetek. Hkrati so teoretični fiziki iz ZSSR in ZDA ugotovili, da kršitev zrcalne simetrije omogoča kršitev simetrije glede zamenjave delcev z antidelci, kar je bilo tudi večkrat dokazano v poskusih. Omeniti velja, da sta malo pred Leejem in Yangom, a še istega leta 1956, o možnosti razbitja zrcalne simetrije razpravljala eksperimentalni fizik Martin Block in veliki teoretik Richard Feynman, vendar teh razmišljanj nista nikoli objavila.

Med eno od zadnjih raketoplanskih misij (STS-134) leta 2010 bo na ISS dostavljen nov znanstveni instrument, Alfa magnetni spektrometer (AMS-02, Alpha Magnetic Spectrometer). Njegov prototip AMS-01 je bil dostavljen na vesoljsko postajo Mir leta 1998 in je potrdil učinkovitost koncepta. Glavni cilj znanstvenega programa bo proučevanje in merjenje z visoko natančnostjo sestave kozmičnih žarkov, pa tudi iskanje eksotičnih oblik materije – temne snovi, čudne snovi (delci, ki vsebujejo čudne(e) kvarke), kot tudi antimaterija - zlasti antihelijeva jedra.

AMS DO ISS

Zrcalni odboj fiziki tradicionalno označujejo z latinsko črko P, zamenjavo delcev z njihovimi antidelci pa s črko C. Obe simetriji sta porušeni le v procesih, ki vključujejo šibko interakcijo, tisto, ki je odgovorna za beta razpad atomskih jeder. Iz tega sledi, da so zaradi šibkih interakcij razlike v obnašanju delcev in antidelcev.
Nenavadna kršitev zrcalne simetrije je povzročila poskuse, da bi jo na nek način nadomestili. Že leta 1956 sta Lee in Yang ter neodvisno Lev Landau predlagala, da narava ne razlikuje med sistemi, ki so pridobljeni drug iz drugega s skupno uporabo transformacij C in P (tako imenovana CP simetrija). S stališča teorije je bila ta hipoteza videti zelo prepričljiva in se je poleg tega dobro ujemala z eksperimentalnimi podatki. Toda le osem let kasneje so zaposleni v Nacionalnem laboratoriju Brookhaven odkrili, da lahko eden od nenabitih K-mezonov (ali, kot jih imenujejo tudi kaoni) razpade v pionski par. Ob strogem upoštevanju CP-simetrije je takšna transformacija nemogoča - in zato ta simetrija ni univerzalna! Res je, da delež domnevno prepovedanih razpadov ni presegel 0,2%, a so se vseeno zgodili! Odkritje je vodjema ekipe Brookhaven Jamesu Croninu in Valu Fitchu prineslo Nobelovo nagrado za fiziko.

SIMETRIJA IN ANTIMATERIJA

Kršitve CP-simetrije so neposredno povezane z razliko med materijo in antimaterijo. V poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja so v CERN-u izvedli zelo lep poskus s K 0 nevtralnimi kaoni, od katerih je vsak sestavljen iz kvarka d in masivnejšega čudnega antikvarka. Naravni zakoni dovoljujejo, da antikvark izgubi nekaj svoje energije in se spremeni v anti-d. Sproščeno energijo lahko uporabimo za razpad kaona, možno pa je, da jo bo sosednji d-kvark absorbiral in se spremenil v nenavaden kvark. Kot rezultat tega se bo pojavil delec, sestavljen iz anti-d-kvarka in čudnega kvarka, to je nevtralnega antikaona. Formalno lahko to transformacijo opišemo kot rezultat uporabe transformacije CP na kaon!
Torej, če se CP simetrija upošteva popolnoma strogo, potem se nevtralni kaoni K 0 transformirajo v svoje antidelce s popolnoma enako verjetnostjo, kot so podvrženi obratnim transformacijam. Vsaka kršitev CP-simetrije bo povzročila spremembo ene od teh verjetnosti. Če pripravimo žarek enakega števila nevtralnih kaonov in antikaonov in sledimo dinamiki koncentracije obeh delcev, lahko ugotovimo, ali njuna kvantna nihanja spoštujejo CP simetrijo.

Točno to so storili fiziki CERN-a. Ugotovili so, da nevtralni antikaoni postanejo kaoni nekoliko hitreje, kot se spremenijo v antikaone. Z drugimi besedami, odkrit je bil proces, med katerim se antimaterija spremeni v snov hitreje kot snov v antimaterijo! V mešanici s sprva enakima deležema snovi in antimaterije sčasoma nastane tudi majhen, a še vedno merljiv presežek snovi. Enak učinek je bil odkrit v poskusih z drugimi težkimi nevtralnimi delci - D 0 -mezoni in B 0 -mezoni.
Tako so eksperimentatorji do konca 20. stoletja prepričljivo dokazali, da imajo šibke interakcije različne učinke na delce in antidelce. Čeprav so te razlike same po sebi zelo majhne in se pokažejo šele med določenimi transformacijami zelo eksotičnih delcev, so vse povsem resnične. To pomeni prisotnost fizične asimetrije med materijo in antimaterijo.
Za popolnost slike je treba opozoriti še na eno okoliščino. V petdesetih letih 20. stoletja je bil dokazan najpomembnejši predlog relativistične kvantne mehanike, izrek CPT. Pravi, da so delci in antidelci strogo simetrični glede na CP transformacijo, ki ji sledi obrat časa (strogo gledano je ta izrek resničen samo brez upoštevanja gravitacije, sicer vprašanje ostaja odprto). Torej, če v nekaterih procesih ni upoštevana CP-simetrija, njihova hitrost v "naprej" in "nazaj" smeri (kaj naj štejemo za obe, je seveda stvar dogovora) ne bi smela biti enaka. Prav to so dokazali poskusi v CERN-u z nevtralnimi kaoni.

KJE JE PROTISVET?

Leta 1933 je bil Paul Dirac prepričan, da v našem vesolju obstajajo celi otoki antimaterije, kar je omenil v svojem Nobelovem predavanju. Vendar sodobni znanstveniki menijo, da takšnih otokov ni niti v naši galaksiji niti zunaj nje. Seveda antimaterija kot taka obstaja. Antidelce ustvarjajo številni visokoenergijski procesi - na primer termonuklearno sežiganje zvezdnega goriva in eksplozije supernove. Nastanejo v oblakih magnetizirane plazme, ki obkrožajo nevtronske zvezde in črne luknje, med trki hitrih kozmičnih delcev v medzvezdnem prostoru, med obstreljevanjem zemeljske atmosfere s kozmičnimi žarki in končno pri poskusih na pospeševalnikih. Poleg tega razpad nekaterih radionuklidov spremlja tvorba antidelcev - in sicer pozitronov. A vse to so le antidelci in nikakor ne antimaterija. Doslej še nikomur ni uspelo zaznati niti kozmičnega antihelija, kaj šele težjih elementov. Neuspešno je bilo tudi iskanje sevanja gama s specifičnim spektrom, ki ga povzroča anihilacija na mejah kozmičnih grozdov snovi in antimaterije.

SVET ALI PROTISVET?

Predstavljajmo si, da letimo na medzvezdni ladji, ki se približuje planetu z inteligentnim življenjem. Kako ugotoviti, iz česa so sestavljeni naši bratje v mislih – iz materije ali antimaterije? Lahko pošljete izvidniško sondo, a če eksplodira v atmosferi, nas lahko obravnavajo kot vesoljske agresorje, kot v znanstvenofantastičnem romanu Protisvet Krzysztofa Boruna. Temu se lahko izognemo z uporabo istih nevtralnih kaonov in antikaonov. Kot je bilo že omenjeno, se lahko ne samo spremenijo drug v drugega, ampak tudi razpadejo in na različne načine. Pri takih razpadih lahko nastanejo nevtrini, ki jih spremljajo pozitivni pioni in elektroni ali negativni pioni in pozitroni.
Zaradi asimetrije med snovjo in antimaterijo so hitrosti takih reakcij nekoliko drugačne. To okoliščino lahko uporabimo kot "lakmusov papir". Za testiranje antimaterialnosti planeta je primerno vzeti ne čiste kaone in antikaone, temveč njihova mešana stanja; označeni so kot K S in K L (S - kratek in L - dolg). Dejstvo je, da je v stanju L življenjska doba delca 570-krat daljša kot v stanju S (5,12 x 10 -8 s proti 8,95 x 10 -11 s). V dolgoživi različici kaonov je simetrija snovi in antimaterije veliko močnejša - za vsakih 10.000 razpadov želenega tipa jih približno 5015 proizvede pozitronov in 4985 elektronov. Mimogrede, zgodovinski eksperiment Cronina in Fincha je bil narejen tudi na K-mezonih. Zdaj pa začnimo pogovor. Kaoni imajo značilno maso, ki je nekoliko večja od polovice mase protona. Razložimo bratom v mislih, da potrebujemo nestabilen nevtralni delec, katerega masa je nekoliko večja od mase jedra najpreprostejšega atoma.
Nezemljanski fiziki bodo naredili K-mezone in določili značilnosti njihovih razpadov. Vprašali se bomo, ali predznak električnega naboja najlažjega izmed nabitih delcev, ki nastanejo pri teh razpadih malo pogosteje kot podoben delec nasprotnega predznaka, sovpada s predznakom delcev, ki sestavljajo atome njihovega sveta. . V primeru pozitivnega odgovora nam bo postalo jasno, da so pozitroni del njihovih atomov in je torej tujec sestavljen iz antimaterije. In če je odgovor negativen - se lahko pripravite na pristanek!

SVET ALI PROTISVET?

V znanstveni literaturi se občasno pojavljajo poročila o odkritju nestandardnih primarnih virov kozmičnih antidelcev neznanega izvora. Aprila 2009 so bili objavljeni podatki o skrivnostnem presežku izjemno hitrih pozitronov, ki jih je zaznal detektorski kompleks PAMELA. Ta oprema je nameščena na krovu ruskega satelita Resurs-DK, ki je bil 15. junija 2006 poslan v orbito blizu Zemlje s kozmodroma Baikonur. Nekateri strokovnjaki so ta rezultat razlagali kot možen dokaz o uničenju hipotetičnih delcev temne snovi, vendar se je kmalu pojavila manj eksotična razlaga. To hipotezo je komentiral znani specialist za kozmične žarke Veniamin Berezinsky iz nacionalnega laboratorija Gran Sasso, ki je del italijanskega nacionalnega inštituta za jedrsko fiziko: »Standardni model za proizvodnjo galaktičnih kozmičnih žarkov temelji na treh položajih. Ostanki supernove veljajo za prvi in glavni vir nabitih delcev Druga ideja - delci se na frontah posteksplozivnih udarnih valov pospešijo do ultrarelativističnih hitrosti in pri tem pospeševanju je vloga lastnega magnetnega polja zelo velika Tretja stališče je, da se kozmični žarki širijo z difuzijo. Moj nekdanji študent in zdaj profesor na Nacionalnem inštitutu za astrofiziko Pasquale Blasi je pokazal, da je presežek pozitronov, ki ga je zaznal kompleks PAMELA, povsem skladen s tem modelom. Protoni, pospešeni v udarnih valovih, trčijo z delci kozmičnega plina in se v tem območju svojega pospeška spremenijo v pozitivne pione, ki razpadejo tsya s tvorbo pozitronov in nevtrinov. Po Blazyjevih izračunih bi lahko ta proces zelo dobro proizvedel natančno enako koncentracijo pozitronov, kot jo je ugotovila PAMELA. Takšen mehanizem za ustvarjanje pozitronov je videti popolnoma naraven, vendar iz neznanega razloga še nikomur do zdaj ni prišel na misel. Blasi je tudi pokazal, da bi morali isti procesi ustvarjati tudi presežne antiprotone. Vendar pa je presek njihove produkcije veliko manjši od ustrezne vrednosti za pozitrone, zaradi česar jih je mogoče zaznati le pri višjih energijah. Mislim, da bo to čez čas mogoče."
Na splošno zaenkrat vse govori o tem, da v vesolju ni antizvezd, antiplanetov ali celo najmanjših antimeteorjev. Po drugi strani pa konvencionalni modeli velikega poka trdijo, da je naše vesolje kmalu po rojstvu vsebovalo enako število delcev in antidelcev. Zakaj so torej prvi preživeli, drugi pa izginili?

ANTIDELCI

Nabor elementov. delci z enakimi vrednostmi mas in drugih fizikalnih. char-k, kot njihovi "dvojčki" - h-tsy, vendar se od njih razlikujejo po znaku določenih učinkov char-k (na primer električni naboj, magnetni moment). Ime "h-tsa" in "A." do neke mere pogojno: antielektron (pozitivno nabit. e-n) bi lahko imenovali h-tsey in e-n - A. Vendar pa atomi v otokih v opazljivem delu vesolja vsebujejo e-ns z negativnim. naboj, medtem ko so protoni pozitivni. Zato za dobro znano na začetku. 20s 20. stoletje elem. h-ts - el-on in proton (in pozneje nevtron) se je prijelo ime »delec«.

Sklep o obstoju A. so leta 1931 prvič naredili Angleži. fizik P. Dirac. Izpeljal je sorodnika. kvantni. ur-cija za e-on (Dirakova enačba), ki se je izkazala za simetrično glede na znak električnega. naboj: skupaj z negativnim nabojem. el-nom je opisal pozitiven naboj. h-zu enake mase - antielektron. Po Diracovi teoriji naj bi trčenje p-tsy in A. vodilo do njihovega uničenja - izginotja tega para, zaradi česar se na primer rodita dva ali več drugih p-ts. fotoni.

Leta 1932 je antielektrone eksperimentalno odkril amer. fizik K. Anderson. Fotografiral je prhe, ki jih tvorijo kozmični žarki v komori oblakov, postavljeni v magn. . Napolniti h-tsa giblje v magn. polje vzdolž krožnega loka, delce z naboji različnih predznakov pa polje odklanja v nasprotni smeri. Ob takrat dobro znanih sledovih hitrih e-novic je Anderson na fotografijah našel popolnoma enake na videz. sledi uma pozitivno nabite. h-ts enake mase. Te ljudi so imenovali pozitroni. Odkritje pozitrona je bila briljantna potrditev Diracove teorije. Od takrat je iskanje drugih A.

Leta 1936 tudi v vesolju. žarki so bili negativni. in dal. (m- in m+), ki sta h-tsey in A. glede drug na drugega. Leta 1947 je bilo ugotovljeno, da mioni kozm. žarki nastanejo kot posledica razpada nekoliko težjih h-c - pi-mezonov (p-, p+). Leta 1955 so bili v poskusih na pospeševalniku registrirani prvi antiprotoni. Phys. proces, ki je povzročil nastanek antiprotonov, je bil proton - . Nekoliko kasneje so odkrili antinevtrone. Do leta 1981 so eksperimentalno odkrili A. skoraj vseh znanih elementov. h-ts.

Splošna načela kvantne teorije polja omogočajo potegniti vrsto globokih zaključkov o lastnostih delca in atoma: masa, spin, izotopski spin, življenjska doba delca in njegovega atoma morata biti enaka (zlasti, stabilni delci ustrezajo stabilnemu BUT.); enaki po velikosti, vendar nasprotni po predznaku, ne smejo biti samo električni. naboji (in magn.) h-tsy in A., ampak tudi vsi drugi kvant. številke, ki se pripisujejo ljudem za opis vzorcev njihovih učinkov: barionski naboj, leptonski naboj, nenavadnost, "" itd. Ch-tsa, v katerem so vse značilnosti, ki ga razlikujejo od A., enake nič, imenovane res nevtralen; h-ti in A. takšni h-ti so enaki. Sem sodijo na primer p0- in h-mezoni, J/y- in Y-delci.

Do leta 1956 je veljalo, da obstaja popolnost med p-tsy in A. To pomeni, da če c.-l. procesa med p-tsami, potem mora obstajati popolnoma enak proces med A. Leta 1956 je bilo ugotovljeno, da obstaja takšna simetrija samo v močnem in el.-magnet. vz-stvie. Pri šibkem vplivu je bila odkrita kršitev simetrije delca-A. (glej NABOJNI PAR). Iz A. se načeloma lahko gradi na popolnoma enak način kot in-in iz ch-ts. Možnost uničenja ob srečanju s človekom pa A. ne dopušča več. obstajajo v in-ve. A. lahko "živi" dolgo le, če je popolna odsotnost stika z ljudmi na otokih. Dokaz o prisotnosti antimaterije nekje "blizu" vesolja bi bila močna anihilacija. , ki prihaja na Zemljo iz območja stika in-va in antimaterije. A zaenkrat astrofizika ne pozna podatkov, ki bi govorili o obstoju v vesolju območij, polnih antimaterije.

Fizični enciklopedični slovar. - M.: Sovjetska enciklopedija. . 1983 .

ANTIDELCI

Elementarni delci z enakimi vrednostmi mase, vrtljajev itd. fizikalni. značilnosti, kot njihovi "dvojčki" - "delci", vendar se od njih razlikujejo po znakih določenih interakcijskih značilnosti ( dajatve, npr. električni znak. napolniti).

Obstoj A. je napovedal P. A. M. Dirac (P. A. M. Dirac). Kvantno relativistična enačba gibanja elektrona, ki jo je pridobil leta 1928 (glej. Diracova enačba) nujno vseboval rešitve z neg. energije. Kasneje se je pokazalo, da je izginotje elektrona z negativnim energijo je treba razlagati kot nastanek delca (enake mase) s pozitiv. energija in pozitiva. električni naboj, tj. A. glede na elektron. Ta delec je pozitron - odprt leta 1932.

V poznejših poskusih je bilo ugotovljeno, da imajo ne le , ampak tudi vsi drugi delci svoj A. Leta 1936 je v kozmičnem. žarki so bili odprti mion in njegov A., leta 1947 pa - - in - mezoni, ki sestavljajo par delcev A.; registriran leta 1955 v poskusih s pospeševalnikom antiproton, leta 1956 - antinevtron itd. Predstaviti. AA so opazili pri skoraj vseh znanih delcih in ni dvoma, da so AA prisotni v vseh delcih.

Obstoj in lastnosti A. so določene v skladu s temelji. princip kvantne teorije polja - njena invariantnost glede na SRT transformacije (prim. CPT izrek). Od CPT-izrek sledi, da morata biti spin in življenjska doba delca in njegovega A. enaka. Predvsem stabilni (glede na razpad) delci ustrezajo stabilnim atomom (vendar je njihov obstoj v materiji dalj časa nemogoč zaradi izničenje z delci snovi). Stanja delcev in njihove A. povezuje oper konjugacija naboja.

Zato imata delec in A. nasprotna električna predznaka. naboji (in magnetni momenti) imajo enake izotopsko vrtenje, vendar se razlikujejo po predznaku svoje tretje projekcije, imajo enako velikost, vendar nasproten predznak nenavadnost, čar, lepota itd. Pretvorba kombinirana inverzija (CP) povezuje vijačne delce s stanji A. nasprotne vijačnosti. Delcem in njihovim amplitudam so pripisana barionska in leptonska števila enake velikosti, vendar nasprotnega predznaka.

Zaradi invariantnosti glede na konjugacijo naboja ( OD-invariantnost) močnega in el.-mag. interakcije povezane z ustreznimi silami, sestavljeni objekti iz delcev (atomska jedra, atomi) in iz atomov (jedra in atomi) antimaterija) mora imeti enako strukturo. Iz istega razloga struktura hadronov in njihova akustika sovpadata, še več, v okviru modela kvarki stanja antibarionov so opisana popolnoma enako kot stanja barionov z zamenjavo sestavnih kvarkov z ustreznimi antikvarki. Stanja mezonov in njihovih A. se razlikujejo po zamenjavi komponent kvarka in antikvarka z ustreznim in kvark. Za pravi nevtralni delci stanji delca in atoma sovpadata. Takšni delci imajo določene pariteta naboja(s pariteto) in SR- pariteta. Vsi znani so bozoni (npr. -mezoni - s spinom - s spinom 1), načeloma pa lahko obstajajo tudi resnično nevtralni fermioni (ti. Majorana delci).

Šibka interakcija ni invariantna glede na konjugacijo naboja in posledično ruši simetrijo med delci in diamanti, kar se kaže v razliki določenih diferencialov. značilnosti njihovih šibkih razpadov.

Če k.-l. od kvantnih števil električno nevtralnega delca ni strogo ohranjeno, potem so možni prehodi (nihanja) med stanji delca in njegovim A. V tem primeru stanja z določenim neohranjenim kvantnim številom niso pravilna. stanja operatorja energije in impulza, ampak so superpozicije resnično nevtralnih stanj z določeno. masne vrednosti. Podoben pojav je mogoče realizirati v sistemih itd.

Sama definicija, kaj naj imenujemo "delec" v paru delec-A. pomeni. meriti pogojno. Vendar pa je z dano izbiro "delca" njegov A. enolično določen. Ohranjanje barionskega števila v procesih šibke interakcije omogoča določitev "delca" v katerem koli paru barion-antibarion z verigo razpadov bariona. Izbira elektrona kot »delca« v paru elektron-pozitron fiksira (zaradi ohranitve leptonskega števila v procesih šibke interakcije) definicijo stanja »delca« v paru elektronski nevtrini-antinevtrini. Prehodi med leptoni razpad. generacije (tipa ) niso opazili, tako da je definicijo "delca" v vsaki generaciji leptonov, na splošno, mogoče narediti neodvisno. Običajno se po analogiji z elektronom "delci" imenujejo negativno nabiti. , ki z ohranitvijo leptonskega števila določa ustrezne in antinevtrine. Za bozone lahko pojem "delec" določimo z definicijo, na primer hipernaboj.

Rojstvo A. se pojavi pri trkih delcev snovi, pospešenih do energij, ki presegajo prag za rojstvo para delec-A. (cm. rojstvo parov). V laboratoriju A. pogoji se rodijo v interakcijah delcev v pospeševalnikih; shranjevanje oblikovanega A. se izvaja v obroči za shranjevanje pod visokim vakuumom. V naravi. A. pogoji se rodijo med interakcijo primarnih kozm. žarki s snovjo, na primer zemeljsko atmosfero, in naj bi se rodili tudi v bližini pulzarji in aktivnih galaktičnih jeder. Teoretično obravnava nastanek A. (pozitronov, antinukleonov) med akrecijo snovi na črne luknje. V okviru moderne Kozmologi razmišljajo o rojstvu A. med izhlapevanjem prvotnih črnih lukenj majhne mase.

Pri temp-pax, ki presega energijo mirovanja delcev dane vrste (uporabljeno = 1), je par delec-A. so prisotni v ravnovesju s snovjo in e-mag. sevanje. Takšni pogoji se lahko uresničijo za elektron-pozitron v vročih jedrih masivnih zvezd. Po teoriji o vročem vesolju so bili v zelo zgodnjih fazah širjenja vesolja pari delcev A v ravnovesju s snovjo in sevanjem. vse sorte. glede na modele veliko združevanje učinki motenj C- in invariantnost CP v neravnovesnih procesih z neohranjenjem barionskega števila bi lahko v zelo zgodnjem vesolju vodila do barionska asimetrija vesolja tudi ob pogojih stroge začetne enakosti števila delcev in A. To daje fizikalno. utemeljitev odsotnosti opazovanja. podatki o obstoju objektov v vesolju iz A.

Lit.: Dirac P. A. M., Načela kvantne mehanike, trans. iz angleščine, 2. izd., M., 1979; Nishijima K., Osnovni delci, trans. iz angleščine, , 1965; Li Ts., Wu Ts., Šibke interakcije, prev. iz angleščine, M., 1968; Zeldovich Ya. V., Novikov I. D., Struktura in razvoj vesolja, M., 1975. M. Yu Khlopov.

Fizična enciklopedija. V 5 zvezkih. - M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prohorov. 1988 .

Oglejte si, kaj je "ANTI-PARTICLES" v drugih slovarjih:

Elementarni delci, ki imajo enako maso, vrtenje, življenjsko dobo in nekatere druge notranje lastnosti kot njihovi dvojniki, vendar se od delcev razlikujejo po predznakih električnega naboja in magnetnega momenta, barionskega naboja, leptona ... ... Veliki enciklopedični slovar

ANTIDELCI, dvojčki osnovnih delcev, pri katerih imajo mase in druge fizikalne lastnosti enake vrednosti kot delci, nekatere lastnosti, kot sta električni naboj ali magnetni moment, pa nasprotnega predznaka. Skoraj vsi… … Sodobna enciklopedija

antidelci- ANTIDELCI, "dvojčki" osnovnih delcev, katerih mase in druge fizikalne lastnosti imajo enake vrednosti kot delci, nekatere lastnosti, kot sta električni naboj ali magnetni moment, pa so nasprotnega predznaka. Skoraj…… Ilustrirani enciklopedični slovar

ANTIDELCI- niz osnovnih in številnih osnovnih delcev, katerih masa in (glej) sta popolnoma enaka masi in spinu danega delca, električni naboj, magnetni moment in druge podobne značilnosti pa so enake z enakimi značilnostmi delca, ampak ... ... Velika politehnična enciklopedija

Antidelec je dvojček nekega drugega elementarnega delca, ki ima enako maso in enak spin, vendar se od njega razlikuje po znakih nekaterih interakcijskih značilnosti (naboji, kot so električni in barvni naboji, barion in ... ... Wikipedia

Hipoteza o antidelcih se je prvič pojavila leta 1928, ko je P. Dirac na podlagi relativistične valovne enačbe napovedal obstoj pozitrona (glej § 263), ki ga je štiri leta kasneje odkril K. Anderson kot del kozmičnega sevanja.

Elektron in pozitron nista edini par delcev in antidelcev. Na podlagi relativistične kvantne teorije so prišli do zaključka, da mora za vsak elementarni delec obstajati antidelec (princip konjugacije naboja). Poskusi kažejo, da z nekaj izjemami (na primer foton in p 0 -mezon) res vsakemu delcu ustreza antidelec.

Iz splošnih določil kvantne teorije izhaja, da morajo imeti delci in antidelci enake mase, enake življenjske dobe v vakuumu, enak modul, a predznačno nasprotne električne naboje (in magnetne momente), enake spine in izotopske spine ter druga kvantna števila. , pripisana osnovnim delcem za opis zakonov njihove interakcije (leptonsko število (glej § 275), barionsko število (glej § 275), nenavadnost (glej § 274), šarm (glej § 275) itd.) . Do leta 1956 je veljalo, da med delci in antidelci obstaja popolna simetrija, tj. če med delci poteka nek proces, potem mora obstajati popolnoma enak (z enakimi lastnostmi) proces med antidelci. Vendar pa je bilo leta 1956 dokazano, da je takšna simetrija značilna le za močne in elektromagnetne interakcije, za šibke pa je porušena.

Po Diracovi teoriji naj bi trk delca in antidelca povzročil njuno medsebojno anihilacijo, zaradi česar bi se pojavili drugi osnovni delci ali fotoni. Primer tega je obravnavana reakcija (263.3) anihilacije para elektron-pozitron (-1 0 e+ + 1 0 e® 2g).

Potem ko je bil teoretično predviden obstoj pozitrona eksperimentalno potrjen, se je postavilo vprašanje o obstoju antiprotona in antinevtrona. Izračuni kažejo, da je za ustvarjanje para delec-antidelec potrebna energija, ki presega dvojno mirovalno energijo para, saj je treba delcem posredovati zelo pomembno kinetično energijo. Za ustvarjanje p-p̃-para je potrebna energija približno 4,4 GeV. Antiproton je bil res eksperimentalno (1955) odkrit pri sipanju protonov (pospešenih na takrat največjem sinhrofazotronu na Univerzi v Kaliforniji) na nukleonih ciljnih jeder (kot tarča je služil baker), zaradi česar nastane par p - p̃ se je rodil.

Antiproton se od protona razlikuje po predznakih električnega naboja in lastnem magnetnem momentu. Antiproton lahko anihilira ne samo s protonom, ampak tudi z nevtronom:

(273.1) (273.2) (273.3)

Leto pozneje (1956) je istemu pospeševalniku uspelo pridobiti antinevtron (ñ) in izvesti njegovo anihilacijo. Antinevtroni so nastali kot posledica izmenjave naboja antiprotonov, ko so se gibali skozi snov. Reakcija izmenjave naboja р̃ je sestavljena iz izmenjave nabojev med nukleonom in antinukleonom in lahko poteka po shemah

(273.4) (273.5)

Antinevtron ñ se od nevtrona razlikuje po predznaku lastnega magnetnega momenta. Če so antiprotoni stabilni delci, potem prosti antinevtron, če ne doživi anihilacije, sčasoma razpade po shemi

Antidelce so našli tudi za p + mezon, kaone in hiperone (glej § 274). Vendar pa obstajajo delci, ki nimajo antidelcev – to so tako imenovani resnično nevtralni delci. Sem spadajo foton, p°-mezon in η-mezon (njegova masa je 1074m e , življenjska doba 7×10 -19 s; razpade s tvorbo p-mezonov in γ-kvantov). Resnično nevtralni delci niso sposobni anihilacije, vendar doživljajo medsebojne transformacije, kar je temeljna lastnost vseh osnovnih delcev. Lahko rečemo, da je vsak od resnično nevtralnih delcev identičen svojemu antidelcu.

Veliko zanimanja in resne težave je predstavljalo dokazovanje obstoja antinevtrinov in odgovor na vprašanje, ali so nevtrini in antinevtrini enaki ali različni delci. Ameriška fizika F. Reines in K. Cowan (1956) sta z uporabo močnih tokov antinevtrinov, pridobljenih v reaktorjih (cepitveni fragmenti težkih jeder doživljajo β-razpad in po (258.1) oddajajo antinevtrine, zanesljivo posnela reakcijo zajemanja elektrona. antinevtrino s protonom:

Podobno je določena reakcija zajemanja elektronskega nevtrina z nevtronom:

Tako sta bili reakciji (273.6) in (273.7) po eni strani neizpodbiten dokaz, da v e in ṽ e, so resnični delci in ne izmišljeni koncepti, uvedeni le za razlago β-razpada, po drugi strani pa so potrdili sklep, da v e in ṽ e- različni delci.

Pozneje so poskusi nastajanja in absorpcije mionskih nevtrinov pokazali, da v m in ṽ m sta različna delca. Dokazano je tudi, da je par v e, v m so različni delci, par v e, ṽ e ni isto kot par v m, ṽ m Po zamisli B. M. Pontecorva (glej § 271) so izvedli reakcijo zajemanja mionskih nevtrinov (pridobljeno z razpadom p + ®m + + v m (271.1)) z nevtroni in nastali delci so bili opazili. Izkazalo se je, da do reakcije (273.7) ne pride, zajemanje pa poteka po shemi

to pomeni, da so se v reakciji namesto elektronov rodili m-mioni. S tem se je potrdila razlika med v e in vm

Po sodobnih pojmovanjih se nevtrini in antinevtrini med seboj razlikujejo po eni od kvantnih značilnosti stanja elementarnega delca - spnalnosti, definirani kot projekcija vrtenja delca na smer njegovega gibanja (na moment količine). Za razlago eksperimentalnih podatkov se predpostavlja, da je spin nevtrina s usmerjen antiparalelno z gibalno količino p, tj. smeri p in s tvorita levosučni vijak in ima nevtrino levosučno vijačnico (slika 349, a ). Pri antinevtrinih smeri p in s tvorita desni vijak, kar pomeni, da ima antinevtrino desno spinalnost (slika 349, b). Ta lastnost velja enako za elektronske in mionske nevtrine (antinevtrine).

Da bi lahko spiralnost uporabili kot karakteristiko nevtrinov (antinevtrinov), je treba predpostaviti, da je masa nevtrinov enaka nič. Uvedba spiralnosti je omogočila razlago na primer kršitve zakona o ohranitvi paritete (glej § 274) v primeru šibkih interakcij, ki povzročajo razpad osnovnih delcev in β-razpad. Torej je m - -muonu dodeljena desna vijačnica, m + -muon - leva.

Po odkritju tako velikega števila antidelcev se je pojavila nova naloga - najti antinukleuse, z drugimi besedami, dokazati obstoj antimaterije, ki je zgrajena iz antidelcev, tako kot snov iz delcev. Antinukleusi so bili res odkriti. Prvo antinukleus, antidevteron (vezano stanje p̃ in ñ), je skupina ameriških fizikov pod vodstvom L. Ledermana pridobila leta 1965. Kasneje sta bili v pospeševalniku Serpukhov sintetizirani jedri antihelija (1970) in antitricija (1973). .

Vedeti pa je treba, da možnost anihilacije ob srečanju z delci ne omogoča daljšega obstoja antidelcev med delci. Zato mora biti antimaterija za stabilno stanje izolirana od materije. Če bi v bližini nam znanega dela vesolja prišlo do kopičenja antimaterije, bi bilo treba opaziti močno anihilacijsko sevanje (eksplozije s sproščanjem ogromnih količin energije). Česa takega pa astrofiziki doslej niso zabeležili. Raziskave, ki se izvajajo za iskanje antinukleusov (navsezadnje antimaterije), in prvi uspehi v tej smeri so temeljnega pomena za nadaljnje poznavanje zgradbe snovi.

V skladu z Diracovo enačbo ima srečanje elektrona s pozitronom zanju usodne posledice – oba delca izgineta. Tako neverjetna napoved in njena eksperimentalna potrditev sta naredili močan vtis tako na fizike kot na nefizike – navsezadnje je bil to prvi primer popolne transformacije snovi v sevanje. Novoodkriti učinek so poimenovali anihilacija, kar v latinščini pomeni popolno izničenje.

Doslej še nikomur ni uspelo zaznati kozmičnega antihelija in sevanja gama s specifičnim spektrom zaradi anihilacije na mejah grozdov snovi in antimaterije.

Morda se zdi, da se anihilacija ne razlikuje od drugih interakcij med delci, vendar ima eno temeljno značilnost. Da iz stabilnih delcev, kot so protoni ali elektroni, ob srečanju nastane ploha eksotičnih prebivalcev mikrokozmosa, morajo biti pravilno razpršeni. Počasni protoni bodo preprosto spremenili svojo hitrost, ko se bodo srečali – to je konec zadeve. Toda proton in antiproton, ki se približujeta, sta podvržena elastičnemu sipanju in se razpršita ali anihilirata in proizvedeta sekundarne delce.

Vse navedeno se nanaša na anihilacijo prostih delcev. Če je vsaj eden od njih del kvantnega sistema, ostane situacija načeloma enaka, spremenijo pa se alternative. Na primer, anihilacija prostega elektrona in prostega pozitrona nikoli ne more povzročiti samo enega kvanta – zakon o ohranitvi gibalne količine tega ne dovoljuje. To je najlažje videti, če delate v sistemu vztrajnostnega središča trkajočega para – takrat bo začetni zagon enak nič in zato ne more sovpadati z zagonom posameznega fotona, ne glede na to, kam leti. Če se pozitron sreča z elektronom, ki je recimo del vodikovega atoma, je možna tudi enofotonska anihilacija – v tem primeru se del gibalne količine prenese na atomsko jedro.

Glavna načina iskanja antimaterije sta registracija sevanja z energijsko značilnostjo anihilacije ali neposredna registracija antidelcev po masi in naboju. Ker antiprotoni in antihelijeva jedra ne morejo leteti skozi atmosfero, jih je mogoče zaznati le s pomočjo instrumentov, dvignjenih v visoke plasti atmosfere na balonih, ali orbitalnih instrumentov, kot je magnetni alfa spektrometer AMS-01, dostavljen na postajo Mir. leta 1998 , ali njegov precej izboljšani bratranec AMS-02 (na sliki), ki bo leta 2010 začel delovati na ISS.

Kaj pa antigrav?

Začnimo z Einsteinovo splošno teorijo relativnosti. Temelji na načelu stroge enakosti gravitacijskih in vztrajnostnih mas, za običajno snov pa je bila ta trditev eksperimentalno potrjena z mnogimi zelo natančnimi meritvami. Ker je vztrajnostna masa delca popolnoma enaka masi njegovega antidelca, se zdi zelo verjetno, da sta enaki tudi njuni gravitacijski masi. Vendar je to še vedno predpostavka, čeprav zelo verjetna, in je ni mogoče dokazati s splošno teorijo relativnosti.

Antimaterija in Rimska cesta

V sedemdesetih letih 20. stoletja so astronomi s teleskopi za žarke gama, nameščenimi na visokogorske balone, zaznali žarke gama s 511 keV, ki prihajajo iz samega središča naše galaksije, Rimske ceste. Prav ta energija je značilna za anihilacijo prostih elektronov in pozitronov, kar je omogočilo domnevo o prisotnosti oblaka antimaterije velikosti približno 10.000 svetlobnih let.

Nobenega dvoma ni, da bo nekoč Njegovo veličanstvo Eksperiment odgovorilo na to vprašanje. Ni potrebno veliko – nakopičiti več antimaterije in videti, kako se obnaša v gravitacijskem polju Zemlje. Tehnično pa so te meritve neverjetno kompleksne in je težko napovedati, kdaj jih bo mogoče izvesti.

Kakšna je torej razlika?

In potem se je naenkrat vse dramatično spremenilo. Leta 1956 sta ameriška fizika Li Tsung-dao in Yang Jenning objavila članek, nagrajen z Nobelovo nagrado, v katerem sta razpravljala o težavah, povezanih z dejstvom, da dva na videz enaka delca, thetameson in thaumeson, razpadeta na različno število pionov. Avtorji so poudarili, da je ta problem mogoče rešiti, če predpostavimo, da so takšni razpadi povezani s procesi, katerih narava se spreminja med prehodom iz desnega v hladno, z drugimi besedami, med zrcalnim odbojem (malo kasneje so fiziki ugotovili, da v na splošno moramo govoriti o odbojih v vsaki od treh koordinatnih ravnin - ali, kar je isto, o spremembi predznaka vseh prostorskih koordinat, prostorski inverziji). To pomeni, da je lahko zrcaljeni proces prepovedan ali pa se pojavi z drugačno verjetnostjo kot pred zrcaljenjem. Leto kasneje so ameriški eksperimentatorji (ki pripadata dvema neodvisnima skupinama in delujeta po različnih metodah) potrdili, da taki procesi res obstajajo.

To je bil šele začetek. Hkrati so teoretični fiziki iz ZSSR in ZDA ugotovili, da kršitev zrcalne simetrije omogoča kršitev simetrije glede zamenjave delcev z antidelci, kar je bilo tudi večkrat dokazano v poskusih. Omeniti velja, da sta malo pred Leejem in Yangom, a še istega leta 1956, o možnosti razbitja zrcalne simetrije razpravljala eksperimentalni fizik Martin Block in veliki teoretik Richard Feynman, vendar teh razmišljanj nista nikoli objavila.

Fiziki tradicionalno označujejo zrcalni odboj z latinsko črko P, zamenjavo delcev z njihovimi antidelci pa s črko C. Obe simetriji sta porušeni le v procesih, ki vključujejo šibko interakcijo, tisto, ki je odgovorna za beta razpad atomskih jeder. Iz tega sledi, da so zaradi šibkih interakcij razlike v obnašanju delcev in antidelcev.

Med eno od zadnjih raketoplanskih misij (STS-134) leta 2010 bo MSC dostavljen nov znanstveni instrument, alfa magnetni spektrometer (AMS-02, alfa magnetni spektrometer). Njegov prototip AMS-01 je bil dostavljen na vesoljsko postajo Mir leta 1998 in je dokazal izvedljivost koncepta. Glavni cilj znanstvenega programa bo proučevanje in merjenje z visoko natančnostjo sestave kozmičnih žarkov, pa tudi iskanje eksotičnih oblik materije – temne snovi, čudne snovi (delci, ki vsebujejo čudne(e) kvarke), kot tudi antimaterija - zlasti antihelijeva jedra.

Nenavadna kršitev zrcalne simetrije je povzročila poskuse, da bi jo na nek način nadomestili. Že leta 1956 sta Lee in Yang ter neodvisno Lev Landau predlagala, da narava ne razlikuje med sistemi, ki so pridobljeni drug iz drugega s skupno uporabo transformacij C in P (tako imenovana CP simetrija). S stališča teorije je bila ta hipoteza videti zelo prepričljiva in se je poleg tega dobro ujemala z eksperimentalnimi podatki. Toda le osem let kasneje so zaposleni v Nacionalnem laboratoriju Brookhaven odkrili, da lahko eden od nenabitih K-mezonov (ali, kot jih imenujejo tudi kaoni) razpade v pionski par. Ob strogem upoštevanju CP-simetrije je takšna transformacija nemogoča - in zato ta simetrija ni univerzalna! Res je, da delež domnevno prepovedanih razpadov ni presegel 0,2%, a so se vseeno zgodili! Odkritje je vodjema ekipe Brookhaven Jamesu Croninu in Valu Fitchu prineslo Nobelovo nagrado za fiziko.

Simetrija in antimaterija

Kršitve CP so neposredno povezane z razliko med materijo in antimaterijo. V poznih devetdesetih letih so v CERN-u izvedli zelo lep poskus z nevtralnimi K0 kaoni, od katerih je vsak sestavljen iz kvarka d in masivnejšega nenavadnega antikvarka. Naravni zakoni dovoljujejo, da antikvark izgubi nekaj svoje energije in se spremeni v anti-d. Sproščeno energijo lahko uporabimo za razpad kaona, možno pa je, da jo bo sosednji d-kvark absorbiral in se spremenil v nenavaden kvark. Kot rezultat tega se bo pojavil delec, sestavljen iz anti-d-kvarka in čudnega kvarka, to je nevtralnega antikaona. Formalno lahko to transformacijo opišemo kot rezultat uporabe transformacije CP na kaon!

Torej, če se CP simetrija upošteva popolnoma strogo, se nevtralni kaoni K0 pretvorijo v svoje antidelce s popolnoma enako verjetnostjo, kot so podvrženi obratnim transformacijam. Vsaka kršitev simetrije CP bo povzročila spremembo ene od teh verjetnosti. Če pripravimo žarek enakega števila nevtralnih kaonov in antikaonov in sledimo dinamiki koncentracije obeh delcev, lahko ugotovimo, ali njuna kvantna nihanja spoštujejo CP simetrijo.

Tako so eksperimentatorji do konca 20. stoletja prepričljivo dokazali, da šibke interakcije na delce in antidelce vplivajo na različne načine. Čeprav so te razlike same po sebi zelo majhne in se pokažejo šele med določenimi transformacijami zelo eksotičnih delcev, so vse povsem resnične. To pomeni prisotnost fizične asimetrije med materijo in antimaterijo.

Za popolnost slike je treba opozoriti še na eno okoliščino. V petdesetih letih 20. stoletja je bil dokazan najpomembnejši predlog relativistične kvantne mehanike, izrek CPT. Pravi, da so delci in antidelci strogo simetrični glede na CP transformacijo, čemur sledi obrat časa (strogo gledano je ta izrek resničen samo brez upoštevanja gravitacije, sicer vprašanje ostaja odprto). Če torej pri nekaterih procesih ni opaziti simetrije CP, njihova hitrost v "naprej" in "nazaj" smeri (kaj šteti za obe, je seveda stvar dogovora) ne bi smela biti enaka. Prav to so dokazali poskusi v CERN-u z nevtralnimi kaoni.

Misija AMS-02 bo trajala približno sedem let. Sedemtonski modul, ki je prisidran na ISS, naj bi zaznal več kot milijardo helijevih jeder in več antihelijevih jeder. Predhodnik tega detektorja AMS-01 je registriral približno 1 milijon helijevih jeder, ni pa zaznal antihelija.

Kje so anti-svetovi?

Seveda antimaterija kot taka obstaja. Antidelce ustvarjajo številni visokoenergijski procesi, kot je termonuklearno sežiganje zvezdnega goriva in eksplozije supernove. Nastanejo v oblakih magnetizirane plazme, ki obkrožajo nevtronske zvezde in črne luknje, med trki hitrih kozmičnih delcev v medzvezdnem prostoru, med obstreljevanjem zemeljske atmosfere s kozmičnimi žarki in končno pri poskusih na pospeševalnikih. Poleg tega razpad nekaterih radionuklidov spremlja nastanek antidelcev, namreč pozitronov. A vse to so le antidelci in nikakor ne antimaterija. Doslej še nikomur ni uspelo zaznati niti kozmičnega antihelija, kaj šele težjih elementov. Neuspešno je bilo tudi iskanje sevanja gama s specifičnim spektrom, ki ga povzroča anihilacija na mejah kozmičnih grozdov snovi in antimaterije.

V znanstveni literaturi se občasno pojavljajo poročila o odkritju nestandardnih primarnih virov kozmičnih antidelcev neznanega izvora. Aprila 2009 so bili objavljeni podatki o skrivnostnem presežku izjemno hitrih pozitronov, ki jih je zaznal detektorski kompleks PAMELA. Ta oprema je nameščena na krovu ruskega satelita Resurs-DK1, ki je bil 15. junija 2006 poslan v orbito blizu Zemlje s kozmodroma Baikonur. Nekateri strokovnjaki so ta rezultat razlagali kot možen dokaz o uničenju hipotetičnih delcev temne snovi, vendar se je kmalu pojavila manj eksotična razlaga. To hipotezo je za "PM" komentiral znani strokovnjak za kozmične žarke Veniamin Berezinsky iz nacionalnega laboratorija Gran Sasso, ki je del italijanskega nacionalnega inštituta za jedrsko fiziko: "Standardni model za proizvodnjo galaktičnih kozmičnih žarkov temelji na tri položaje. Ostanki supernove veljajo za prvi in glavni vir nabitih delcev. Druga ideja je, da se delci pospešujejo do ultrarelativističnih hitrosti na frontah posteksplozivnih udarnih valov, vloga lastnega magnetnega polja pa je pri tem pospeševanju zelo velika. Tretji predlog je, da se kozmični žarki širijo z difuzijo. Moj nekdanji študent in zdaj profesor na Nacionalnem inštitutu za astrofiziko, Pasquale Blasi, je pokazal, da je presežek pozitronov, ki ga je zaznal kompleks PAMELA, povsem skladen s tem modelom. V udarnih valovih pospešeni protoni trčijo ob delce kozmičnega plina in se v tem območju svojega pospeška spremenijo v pozitivne pione, ki razpadejo s tvorbo pozitronov in nevtrinov. Po Blazyjevih izračunih bi lahko ta proces zelo dobro proizvedel natančno enako koncentracijo pozitronov, kot jo je ugotovila PAMELA. Takšen mehanizem za ustvarjanje pozitronov je videti popolnoma naraven, vendar iz neznanega razloga še nikomur do zdaj ni prišel na misel. Blasi je tudi pokazal, da bi morali isti procesi ustvarjati tudi presežne antiprotone. Vendar pa je presek njihove produkcije veliko manjši od ustrezne vrednosti za pozitrone, zaradi česar jih je mogoče zaznati le pri višjih energijah. Mislim, da bo sčasoma to postalo mogoče.”

Svet ali protisvet?

Predstavljajmo si, da letimo na medzvezdni ladji, ki se približuje planetu z inteligentnim življenjem. Kako vemo, iz česa so sestavljeni naši bratje v mislih – iz materije ali antimaterije? Lahko pošljete izvidniško sondo, a če eksplodira v atmosferi, nas lahko štejejo za vesoljske agresorje, kot se zgodi v znanstvenofantastičnem romanu Protisvet Krzysztofa Boruna. Temu se lahko izognemo z uporabo istih nevtralnih kaonov in antikaonov. Kot je bilo že omenjeno, se lahko ne samo spremenijo drug v drugega, ampak tudi razpadejo in na različne načine. Pri takšnih razpadih lahko nastanejo zlasti nevtrini, ki jih spremljajo pozitivni pioni in elektroni ali negativni pioni in pozitroni. Zaradi asimetrije med snovjo in antimaterijo so hitrosti takih reakcij nekoliko drugačne. To okoliščino lahko uporabimo kot "lakmusov test". Za testiranje antimaterialnosti tujega planeta je priročno vzeti ne čiste kaone in antikaone, temveč njihova mešana stanja, ki so običajno označena kot Ks in Kl (s je kratek, l pa dolg). Dejstvo je, da je v stanju L življenjska doba delca 570-krat daljša kot v stanju S (5,12x10^-8 s proti 8,95x10^-11 s). V dolgoživi različici kaonov je simetrija materije in antimaterije veliko močnejša - za vsakih 10 tisoč razpadov želenega tipa proizvede približno 5015 pozitronov in 4985 elektronov. Mimogrede, ugotavljamo, da je bil zgodovinski poskus Cronina in Fincha narejen tudi na Kl-mezonih. In zdaj začnimo pogovor z brati v mislih. Kaoni imajo značilno maso, ki je nekoliko večja od polovice mase protona. Razložimo našim pogajalskim partnerjem, da potrebujemo nestabilen nevtralen delec, katerega masa je nekoliko večja od mase jedra najpreprostejšega atoma. Zunajzemeljski fiziki bodo razumeli, za kaj gre, naredili Kl-mezone in določili značilnosti njihovih razpadov, ki nas zanimajo. Ko jim bo to uspelo, se bomo vprašali, ali predznak električnega naboja najlažjega izmed nabitih delcev, ki nastanejo pri teh razpadih nekoliko pogosteje kot podobnega delca nasprotnega predznaka, sovpada s predznakom delcev, ki sestavljajo atome svojega sveta. V primeru pozitivnega odgovora nam bo postalo jasno, da so pozitroni del njihovih atomov in je torej tujec sestavljen iz antimaterije. In če je odgovor negativen - se lahko pripravite na pristanek!

Na splošno zaenkrat vse govori o tem, da v vesolju ni antizvezd, antiplanetov ali celo najmanjših antimeteorjev. Po drugi strani pa konvencionalni modeli velikega poka trdijo, da je naše vesolje kmalu po rojstvu vsebovalo enako število delcev in antidelcev. Zakaj so torej prvi obstali, drugi pa izginili?.. Odgovor na to vprašanje si preberite v enem od naslednjih člankov.

Članek "Vojna delcev in antidelcev: Kdo ostane na bojišču" je bil objavljen v reviji Popular Mechanics (

Načelo konjugacije naboja je oblikovano na podlagi kvantne teorije. Za vsak elementarni delec mora obstajati antidelec.

Eksperimenti kažejo, da z nekaj izjemami (na primer foton) res vsakemu delcu ustreza antidelec.

Po kvantni teoriji imajo delci in antidelci:

- enake mase;
- enaka življenjska doba v vakuumu;
- enaki po modulu, vendar nasprotni predznaki;
- enaki spini, kot tudi enaka druga kvantna števila, pripisana osnovnim delcem (v tem priročniku niso obravnavana).

Antidelce označujemo z istim simbolom kot delce, le s tildo. Do leta 1956 je veljalo, da med delci in antidelci obstaja popolna simetrija, tj. če poteka nek proces med delci, potem mora obstajati popolnoma enak (z enakimi lastnostmi) proces med antidelci. Vendar pa je bilo leta 1956 dokazano, da je takšna simetrija značilna le za močne in elektromagnetne interakcije, za šibke pa je porušena.

Po kvantni teoriji naj bi trk delca in antidelca povzročil njuno medsebojno anihilacijo, zaradi česar nastanejo drugi osnovni delci ali fotoni. Primer tega je anihilacijska reakcija para elektron-pozitron:

tiste. par elektron-pozitron se pretvori v dva y-kvanta, energija para pa se pretvori v energijo fotonov. Pojav dveh y-kvantov v tem procesu izhaja iz zakona o ohranitvi gibalne količine in energije. Upoštevana reakcija - primer medsebojne povezave različnih oblik snovi: pri teh procesih se snov v obliki snovi spreminja v snov v obliki elektromagnetnega polja in obratno.

Potem ko je bil teoretično predviden obstoj pozitrona eksperimentalno potrjen, se je postavilo vprašanje o obstoju antiprotona in antinevtrona. Antiproton je bil dejansko odkrit eksperimentalno (1955) med sipanjem protonov (pospešenih na takrat največjem sinhrofazotronu na Univerzi v Kaliforniji) na nukleonih ciljnih jeder (kot tarča je bil baker), zaradi česar se je rodil par rr. Antiproton se od protona razlikuje po predznakih električnega naboja in lastnem magnetnem momentu.

Leto pozneje (1956) je bilo na istem pospeševalniku mogoče pridobiti antinevtron (N) in izvesti njegovo anihilacijo. (P razlikuje od I v predznaku lastnega magnetnega momenta). Če je antiproton stabilen delec, potem prosti antinevtron, če ne anihilira, sčasoma razpade po shemi:

Antidelce so našli tudi za pione, kaone itd. Vendar pa obstajajo delci, ki nimajo antidelcev – to so tako imenovani resnično nevtralni delci. Sem spadajo foton, r°-mezon in n°-mezon (njegova masa je 1074 t s,življenjska doba 7 10 -19 s; razpade s tvorbo n-mezonov in y-kvantov). Resnično nevtralni delci niso sposobni anihilacije, ampak doživljajo medsebojne transformacije, ki so temeljna lastnost vseh osnovnih delcev. Lahko rečemo, da je vsak od resnično nevtralnih delcev identičen svojemu antidelcu.

Zelo zanimiv je bil dokaz obstoja antinevtrinov, resne težave pa je povzročalo iskanje odgovora na vprašanje, ali so nevtrini in antinevtrini enaki ali različni delci. Vendar pa je bilo s pomočjo zelo številnih subtilnih poskusov ugotovljeno, da so nevtrini in antinevtrini različni delci in tudi, da sta par y e, ^ različni delci in par h e, e ni identičen paru V V

Po odkritju tako velikega števila antidelcev je na dnevni red prišla nova naloga - najti antinukleuse, z drugimi besedami, dokazati obstoj antimaterije, ki je zgrajena iz antidelcev, tako kot snov iz delcev. Antinukleusi so bili res odkriti. Prvo antinukleus je antidevteron (vezano stanje R in I) - je leta 1965 pridobila skupina ameriških fizikov. Kasneje sta bila v pospeševalniku Serpukhov sintetizirana jedra antihelija (1970) in antitricija (1973).