Γιατί υπάρχει περισσότερο θέμα από την αντιύλη στο σύμπαν;

Γιατί υπάρχει; Αυτό είναι ίσως το πιο βαθύ ερώτημα που μπορεί να φαίνεται εντελώς πέρα ​​από το πεδίο της στοιχειώδους σωματικής φυσικής. Αλλά το νέο μας πείραμα στο CERN Large Hadron Collider μας έφερε πιο κοντά στην απάντηση. Για να καταλάβουμε γιατί υπάρχει, πρέπει πρώτα να πάμε πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, την εποχή του Big Bang. Το γεγονός αυτό παρήγαγε ίσο ποσό της ουσίας από την οποία συγκροτήσαμε και αντιύλη.

Πιστεύεται ότι κάθε σωματίδιο έχει συνεργάτη απόαντιύλη, η οποία είναι σχεδόν ταυτόσημη με αυτήν, αλλά έχει ένα αντίθετο φορτίο. Όταν ένα σωματίδιο και το αντι-σωματίδιο του συναντήσουν, εκμηδενίζουν - εξαφανίζονται με λάμψη.

Πού είναι όλη η αντιύλη;

Γιατί είναι το σύμπαν που βλέπουμε να συνθέτειεξ ολοκλήρου από την ύλη, είναι ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής. Αν μια φορά υπήρχε μια ίση ποσότητα αντιύλης, όλα στο Σύμπαν θα είχαν εξολοθρευτεί. Και έτσι, μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη φαίνεται ότι έχει βρει μια νέα πηγή ασυμμετρίας μεταξύ της ύλης και της αντιύλης.

Ο Arthur Schuster ήταν ο πρώτος που μίλησε για την αντιύλη.Το 1896, τότε το 1928, ο Paul Dirac της έδωσε μια θεωρητική δικαιολογία και το 1932 ο Κάρλ Άντερσον το ανακάλυψε με τη μορφή αντιηλεκτρονίων, τα οποία ονομάζονταν ποζιτρόνια. Τα ποζιτρόνια γεννιούνται σε φυσικές ραδιενεργές διεργασίες, για παράδειγμα, η αποσύνθεση του καλίου-40. Αυτό σημαίνει ότι μια κανονική μπανάνα (που περιέχει κάλιο) εκπέμπει ποζιτρόνιο κάθε 75 λεπτά. Κατόπιν εκμηδενίζεται με ηλεκτρόνια στην ύλη, παράγοντας φως. Οι ιατρικές εφαρμογές, όπως οι σαρωτές PET, παράγουν αντι-ύλη και σε παρόμοια διαδικασία.

Τα κύρια δομικά στοιχεία της ουσίας από τοτα οποία αποτελούνται από άτομα, είναι στοιχειώδη σωματίδια - κουάρκ και λεπτόνια. Υπάρχουν έξι τύποι κουάρκ: ανώτεροι, κάτω, περίεργοι, μαγεμένοι, αληθινοί και όμορφοι. Ομοίως, υπάρχουν έξι λεπτόνια: ένα ηλεκτρόνιο, ένα μιόνιο, ένα tau και τρία είδη νετρίνων. Υπάρχουν επίσης αντι-υλικά αντίγραφα αυτών των δώδεκα σωματιδίων, τα οποία διαφέρουν μόνο με το φορτίο τους.

Τα σωματίδια της αντιύλης κατ 'αρχήν πρέπει να είναιτέλεια κατοπτρική εικόνα των συνηθισμένων δορυφόρων τους. Αλλά τα πειράματα δείχνουν ότι αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Πάρτε, για παράδειγμα, τα σωματίδια γνωστά ως μεσόνια, τα οποία αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντίκουρκ. Τα ουδέτερα μεξόνια έχουν ένα εκπληκτικό χαρακτηριστικό: μπορούν αυθόρμητα να μετατραπούν σε δικό τους αντι-μεσόν και αντίστροφα. Σε αυτή τη διαδικασία, το κουάρκ μετατρέπεται σε ένα αντίκουρκ, ή ένα αντίκουρκικ μετατρέπεται σε ένα κουάρκ. Ωστόσο, τα πειράματα έχουν δείξει ότι αυτό μπορεί να συμβαίνει συχνότερα σε μια κατεύθυνση από ότι σε μια άλλη - ως αποτέλεσμα της οποίας η ύλη γίνεται περισσότερο με το χρόνο από την αντιύλη.

Η τρίτη φορά - η μαγεία

Μεταξύ τεμαχιδίων που περιέχουν κουάρκ, τέτοιες ασυμμετρίεςανακαλύφθηκαν μόνο σε περίεργα και όμορφα κουάρκ - και αυτά τα ευρήματα έχουν καταστεί εξαιρετικά σημαντικά. Η πρώτη παρατήρηση της ασυμμετρίας με τη συμμετοχή παράξενων σωματιδίων το 1964 επέτρεψε στους θεωρητικούς να προβλέψουν την ύπαρξη έξι κουάρκ - σε μια εποχή που ήταν γνωστό ότι υπήρχαν μόνο τρία. Η ανακάλυψη της ασυμμετρίας στα όμορφα σωματίδια το 2001 ήταν η τελική επιβεβαίωση του μηχανισμού που οδήγησε στην εικόνα με έξι κουάρκ. Και οι δύο ανακαλύψεις έφεραν βραβεία Νόμπελ.

Τόσο τα παράξενα όσο και τα όμορφα κουάρκ φέρουναρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Το μόνο θετικά φορτισμένο κουάρκ που θεωρητικά θα μπορούσε να σχηματίσει σωματίδια που μπορούν να επιδείξουν την ασυμμετρία της ύλης και της αντιύλης είναι γοητευμένη. Η θεωρία δείχνει ότι το κάνει αυτό, το αποτέλεσμά του πρέπει να είναι ασήμαντο και δύσκολο να βρεθεί.

Αλλά το πείραμα LHCb στο Μεγάλο Αδρόνιοο επιταχυντής ήταν σε θέση να παρατηρήσει μια τέτοια ασυμμετρία στα σωματίδια που ονομάζονται D-μεσόνια, τα οποία αποτελούνται από μαγεμένα κουάρκ - για πρώτη φορά. Αυτό κατέστη δυνατό χάρη στον πρωτοφανή αριθμό των γοητευμένων σωματιδίων που παράγονται απευθείας σε σύγκρουση στο LHC. Το αποτέλεσμα δείχνει ότι η πιθανότητα ότι πρόκειται για στατιστική διακύμανση είναι 50 ανά δισεκατομμύριο.

Αν αυτή η ασυμμετρία δεν γεννιέται από την ίδιαο ίδιος ο μηχανισμός, ο οποίος οδηγεί στις ασυμμετρίες των περίεργων και όμορφων κουάρκ, παραμένει χώρος για νέες πηγές ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης, η οποία μπορεί να προσθέσει στη γενική ασυμμετρία εκείνων του Σύμπαντος. Και αυτό είναι σημαντικό, αφού πολλές γνωστές περιπτώσεις ασυμμετρίας δεν μπορούν να εξηγήσουν γιατί υπάρχει τόση ύλη στο Σύμπαν. Μια ανακάλυψη με μαγικά κουάρκ δεν θα αρκεί για να γεμίσει αυτό το πρόβλημα, αλλά αυτό είναι ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ για την κατανόηση της αλληλεπίδρασης θεμελιωδών σωματιδίων.

Επόμενα βήματα

Αυτή η ανακάλυψη θα ακολουθηθεί από αύξηση του αριθμούθεωρητικές εργασίες που συμβάλλουν στην ερμηνεία του αποτελέσματος. Αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι θα περιγράψει περαιτέρω δοκιμές για την εμβάθυνση της κατανόησης της ανακάλυψης μας - και ορισμένες από αυτές τις δοκιμασίες γίνονται ήδη.

Την επόμενη δεκαετία, το αναβαθμισμένο πείραμα LHCb θα αυξήσει την ευαισθησία τέτοιων μετρήσεων. Θα συμπληρωθεί από το πείραμα Belle II στην Ιαπωνία, το οποίο μόλις αρχίζει να εργάζεται.

Η αντιύλη βασίζεται επίσης σε μια σειρά άλλωνπειράματα. Ολόκληρα τα αντι-άτομα παράγονται στον αντιδραστήρα CERN Anti-Proton Retarder και παρέχουν μια ποικιλία μετρήσεων υψηλής ακρίβειας. Το πείραμα AMS-2 στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό βρίσκεται σε αναζήτηση αντιύλης κοσμικής προέλευσης. Ορισμένα τρέχοντα και μελλοντικά πειράματα θα αφιερωθούν στο ερώτημα αν υπάρχει ασυμμετρία της ύλης-αντιύλης μεταξύ των νετρίνων.

Παρόλο που δεν μπορούμε να ξεπεράσουμε εντελώςτο μυστήριο της ασυμμετρίας της ύλης και της αντιύλης, η τελευταία μας ανακάλυψη άνοιξε την πόρτα σε μια εποχή ακριβών μετρήσεων που μπορεί να αποκαλύψει περισσότερα άγνωστα φαινόμενα. Υπάρχει κάθε λόγος να πιστεύουμε ότι μια μέρα οι φυσικοί θα μπορούν να εξηγήσουν γιατί είμαστε εδώ.

Δεν ξέρετε γιατί; Αν ξέρετε, πείτε μας στο chat room μας στο Telegram.