общ

Защо във Вселената има повече материя от антиматерията?

Защо съществуваме? Това е може би най-дълбокият въпрос, който може да изглежда напълно извън обхвата на физиката на елементарните частици. Но нашият нов експеримент в CERN Large Hadron Collider ни доближи до отговора. За да разберем защо съществуваме, първо трябва да отидем преди 13,8 милиарда години, по времето на Големия взрив. Това събитие произвежда еднакво количество вещество, от което сме съставени, и антиматерия.

Смята се, че всяка частица има партньорантиматерия, която е почти идентична с нея, но има противоположен заряд. Когато частица и нейната античастица се срещнат, те унищожават - изчезват при светкавица.

Къде е цялата антиматерия?

Защо вселената, която виждаме, е съставенаизцяло от материя, тя е една от най-големите загадки на съвременната физика. Ако веднъж имаше еднакво количество антиматерия, всичко във Вселената би унищожило. И така, наскоро публикувано проучване изглежда е намерило нов източник на асиметрия между материя и антиматерия.

Артър Шустер бе първият, който говореше за антиматерията.През 1896 г., след това през 1928 г., Пол Дирак й дава теоретична обосновка, а през 1932 г. Карл Андерсън го открива под формата на антиелектрони, които се наричат ​​позитрони. Позитроните се раждат в естествени радиоактивни процеси, например, разпад на калий-40. Това означава, че обикновен банан (съдържащ калий) отделя позитрон на всеки 75 минути. След това той унищожава с електрони в материята, произвеждайки светлина. Медицински приложения като PET скенери също произвеждат антиматерия в подобен процес.

Основните градивни елементи на веществото откои атоми се състоят, са елементарни частици - кварки и лептони. Има шест типа кварки: горни, долни, странни, омагьосани, истински и красиви. По същия начин има шест лептона: електрон, муон, тау и три вида неутрино. Съществуват и антиматериални копия на тези дванадесет частици, които се различават само по своя заряд.

По принцип трябва да има частици на антиматерияперфектен огледален образ на обичайните им спътници. Но експериментите показват, че това не винаги е така. Вземете, например, частици, известни като мезони, които се състоят от един кварк и един антикварк. Неутралните мезони имат невероятна характеристика: те могат спонтанно да се превърнат в свой собствен анти-мезон и обратно. В този процес кваркът се превръща в антикварк или антикварта се превръща в кварк. Опитите обаче показват, че това може да се случи по-често в една посока, отколкото в друга - в резултат на което материята става по-голяма с времето, отколкото антиматерията.

Третият път - магията

Сред частиците, съдържащи кварки, такива асиметрииоткрити само в странни и красиви кварки - и тези открития са станали изключително важни. Първото наблюдение на асиметрията с участието на странни частици през 1964 г. позволи на теоретиците да предскажат съществуването на шест кварка - в момент, когато се знаеше, че има само три. Откриването на асиметрия в красивите частици през 2001 г. беше окончателното потвърждение на механизма, който доведе до картината с шест кварка. И двете открития донесоха Нобелови награди.

Както странните, така и красивите кварки носятотрицателен електрически заряд. Единственият положително зареден кварк, който на теория би трябвало да може да образува частици, които могат да показват асиметрията на материята и антиматерията, е очарован. Теорията предполага, че той прави това, неговият ефект трябва да бъде незначителен и труден за намиране.

Но LHCb експериментира в Големия адронКолайдерът бе в състояние да наблюдава такава асиметрия в частици, наречени D-мезони, които се състоят от омагьосани кварки - за първи път. Това стана възможно благодарение на безпрецедентния брой очаровани частици, произведени директно при сблъсъци в LHC. Резултатът показва, че вероятността това да е статистическа флуктуация е 50 на милиард.

Ако тази асиметрия не се роди от същотоСамият механизъм, който води до асиметрия на странни и красиви кварки, остава пространство за нови източници на асиметрия на материята-антиматерия, което може да добави към общата асиметрия на тези във Вселената. И това е важно, тъй като няколко известни случая на асиметрия не могат да обяснят защо има толкова много материя във Вселената. Едно откритие с омагьосани кварки няма да бъде достатъчно, за да запълни този проблем, но това е важна част от пъзела в разбирането на взаимодействието на основните частици.

Следващи стъпки

Това откритие ще бъде последвано от увеличаване на броятеоретични документи, които помагат при тълкуването на резултата. Но по-важното е, че тя ще очертае допълнителни тестове за задълбочаване на разбирането на нашето откритие - и някои от тези тестове вече са в ход.

През следващото десетилетие подобреният LHCb експеримент ще увеличи чувствителността на такива измервания. Той ще бъде допълнен от експеримента Belle II в Япония, който току-що започва да работи.

Антиматерията също е в основата на редица другиексперименти. Цели анти-атоми се произвеждат в анти-протонния забавител на CERN и осигуряват разнообразни високо прецизни измервания. Експериментът AMS-2 на Международната космическа станция търси антиматерия от космически произход. Редица текущи и бъдещи експерименти ще бъдат посветени на въпроса дали има асиметрия на материята-антиматерия сред неутрино.

Въпреки че все още не можем напълно да разгадаеммистерията на асиметрията на материята и антиматерията, нашето последно откритие отвори вратата на една ера на точни измервания, които могат да разкрият непознати явления. Има всички основания да вярваме, че един ден физиците ще могат да обяснят защо изобщо сме тук.

Не знаете защо? Ако знаете, кажете ни в нашата чат стая в Telegram.