Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay
Общество → Наука → Новости науки

Клуб любителей космоса 751

Открытая группа
4590 участников
Администратор Adm-X
Администратор vladmiza

Важные темы:

Последние откомментированные темы:

20240430170033

←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →
vladmiza
Модератор группы пишет:

Как решить проблему антиматерии, которая опровергает саму возможность Вселенной?

О Вселенной и космосе             11 октября  

Знаете ли вы, что согласно научным представлениям, Вселенная не должна существовать? Вся материя, из которой состоим и мы, и всё что нас окружает на миллиарды световых лет вокруг, должна была аннигилироваться вскоре после того как сформировалась. И вопрос о том, почему это не произошло, является одной из самых больших загадок науки.

Антиматерия

Идея о невозможности Вселенной зиждется на нынешнем представлении об антиматерии. Сам этот термин органически генерирует неверные ассоциации, заставляя думать, что это нечто гипотетическое, малопонятное и неизведанное. Но антиматерия не гипотетична. Несмотря на название, она не является противоположностью материи. Это та же материя, только с противоположным электрическим зарядом. Так, например, если у электрона заряд "-1", то у антиэлектрона, который называется позитроном, он равен "+1". В остальном они идентичны. Учёные изучают антиматерию во время радиоактивного распада элементов и в ускорителях частиц, и им удалось составить о ней неплохое представление.

 

По всей видимости, у каждой частицы обычной материи есть аналог с приставкой "анти-". Но большей части заинтересованной общественности это разнообразие, откровенно говоря, малоинтересно. Здесь на первый план выходит драматичное взаимодействие противоположных по заряду частиц. В тот момент, когда, например, электрон вступает в контакт с позитроном, происходит аннигиляция – оба исчезают. Обычно от них остаются только фотоны высокоэнергетического гамма-излучения. И в этот момент мы сталкиваемся с серьёзной проблемой.

Большой взрыв

Дело в том, что во время Большого взрыва должно было сформироваться равное количество материи и антиматерии. Они "варились" внутри "бульона" из горячей и плотной плазмы, где шло взаимодействие разнозаряженных частиц. Аннигиляция там должна была происходить непрерывно. Стоит отметить, что параллельно с уничтожением в те бурные денёчки шло и формирование материи и антиматерии. В науке это известно как "рождение пар" - процесс, когда фотон, обладающий достаточной энергией, превращается в две одинаковые частицы с разным зарядом. Это происходит и сегодня, но с гораздо меньшей интенсивностью. Как бы то ни было, рождение пар не нарушает баланс между материей и антиматерией, так как генерирует равное их количество.

Поэтому впоследствии, когда Вселенная остыла и начала расширяться, а рождение пар резко замедлилось, это соотношение зафиксировалось бы. А затем аннигиляция должна была безумствовать до тех пор, пока не превратит всё сущее и антисущее в фотоны. Очевидно, что это по какой-то причине не произошло, что, конечно, не может не радовать. Сегодня есть все основания предполагать, что после Большого взрыва осталась только материя, и это не вяжется с теоретическими построениями, описанными выше.

Огромных карманов антиматерии нигде в космосе не видно. Если бы они там существовали, то неизбежно соприкасались бы с обычной материей, в результате чего астрономы фиксировали бы в космосе огромное количество гамма-лучей. Антиматерию мы видим исключительно редко - в виде случайных частиц, прилетающих из космоса, в процессе радиоактивного распада на Земле, а также в ускорителях частиц, где их генерируют намеренно. По большому счёту, существование крупных скоплений антиматерии просто не вписывается в ту структуру Вселенной, которую мы наблюдаем. Самым логичным объяснением этого является, наверное, только то, что в наше время её просто нет в космосе. Но как это могло получиться?

Лишняя частица

Объяснений этому парадоксу представлено не так уж и много. Наверное, лучшим из них является гипотеза, что по какой-то неизвестной причине хаос рождения Вселенной пережило больше материи, чем антиматерии. Существуют исследования, согласно которым на каждый миллиард частиц вещества и антивещества приходилась одна лишняя частица обычной материи. Что, согласитесь, весьма странно, если мы считаем, что две указанные противоположности должны быть идентичны во всём, за исключением заряда. Они должны образовываться и распадаться с одинаковой скоростью. Также их следует рассматривать равноценно с точки зрения трёх фундаментальных сил физики элементарных частиц - сильного ядерного взаимодействия, удерживающего атомы, слабого ядерного взаимодействия, регулирующего распад атомов, и электромагнетизма. То есть любой эксперимент с использованием антиматерии должен давать те же самые результаты, что и опыт с обычной материей. И наоборот. Здесь оснований для наблюдаемого нами дисбаланса нет и быть не может. Но он существует, иначе вся Вселенная состояла бы только из фотонов.

Где искать ответ?

Сегодня задача физиков состоит в выяснении причин этого дисбаланса. Направления поиска, в принципе, понятны. Дело может быть в какой-то реакции, из-за которой производится больше материи, чем антиматерии. Также есть вероятность, что по той или иной причине антиматерия распадается быстрее. Ещё более правдоподобно, что дисбаланс связан с комбинацией редких процессов формирования и аннигиляции, дающих ту самую разницу в одну частицу на миллиард. Поиск ответов продолжается, и учёные уже обнаружили несколько интересных зацепок.

В частности, были проведены эксперименты, которые показали, что одна из трёх упомянутых фундаментальных сил относится к материи и антиматерии немного по-разному. Это слабое ядерное взаимодействие, управляющее распадом атомов. Открытие посчитали настолько значимым, что сделавшие его учёные в 1980 году получили Нобелевскую премию по физике. Эти исследователи работали с частицей, которая называется нейтральный каон. Она состоит из более мелких составляющих - кварков и бывает двух видов, причём оба состоят из одного кварка материи и одного кварка антиматерии. Первый тип представлен нижним кварком, который связан со странным антикварком. У второго всё ровно наоборот - странный кварк и нижний антикварк. Если у вас возник естественный вопрос, почему они не аннигилируют друг друга, ответ следующий - потому что они не являются точными аналогами. Как бы то ни было, будущим лауреатам удалось обнаружить некую странность в процессе распада каонов. В частности, если поменять местами в проведённом учёными эксперименте всю материю и антиматерию, результаты получатся немного иными. Впоследствии аналогичные результаты были найдены у многих других частиц - с разными типами кварков. Например, уже в этом году с помощью ускорителя частиц было установлено, что слабое ядерное взаимодействие по-разному относится к очарованным кваркам (с-кваркам).

Тем не менее, все эти замечательные открытия не отвечают на основные вопросы, сформулированные выше. Это важнейшие научные достижения, но мало кто надеется, что науке удастся разгадать тайну антиматерии только с помощью изучения элементарных частиц. К сожалению, это было бы слишком просто. Здесь, скорее всего, придётся проделать гигантскую теоретическую работу, которая, вполне возможно, потребует создания новой структуры для всей физики. Первым кандидатом на переформатирование является Стандартная модель. Она хорошо проверена, упорядочивает все известные типы частиц и предсказывает, как они должны взаимодействовать. Но несмотря на эти очевидные плюсы, появляется всё больше свидетельств того, что она многого не учитывает. Ведь, помимо всего прочего, она не может объяснить, как работает гравитация - которая, безусловно, абсолютно реальна.

Нужна революционная теория?

Сегодня учёные всего мира пытаются сформулировать Теорию Великого объединения, которая призвана прийти на смену Стандартной модели. Она призвана объединить фундаментальные силы физики элементарных частиц в одну. Существует распространённое мнение, что эта единая сила была чрезвычайно важна на ранних этапах жизни Вселенной и, скорее всего, она объяснила бы, что происходило тогда с материей и антиматерией. Вполне возможно, что она тоже по-разному относилась к этим видам вещества - как слабое ядерное взаимодействие, только в гораздо большем масштабе.

Впрочем, для объяснения вопроса антиматерии Теория Великого объединения может не понадобиться. Это, конечно, маловероятно, но тут может хватить и некоторой доработки Стандартной модели, хотя как это будет выглядеть, совершенно не понятно. Можно идти любым из описанных путей, но надо понимать, что мы ещё очень далеко от окончательного ответа. Есть множество интересных зацепок и идей, но "проблема антиматерии" не только в самой антиматерии. Она ещё и в том, что мы пока слишком мало знаем о том, как ведут себя частицы и каким было рождение Вселенной. Так что остаётся только одно - засучить рукава и погрузиться в изучение основ физики.

Уникальность статьи 100%

https://text.ru/antiplagiat/5da02898b5921
Это интересно
+1

vladmiza
Модератор группы 30.11.2019
Пожаловаться Просмотров: 384  
Комментарии 4
←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →


Комментарии временно отключены