Здесь антиматерией является позитрон, чья закрученная по часовой стрелке траектория заполняет правую часть фотографии. Меньшая спираль, закрученная против часовой стрелки, представляет траекторию электрона. Позитрон античастица электрона: обе они одинаковы по массе, хотя по некоторым другим свойствам, таким как электрический заряд, они противоположны. Позитрон и электрон в ларе родились в распаде фотона, или кванта электромагнитного излучения. Траектория фотона не видна, потому что фотоны не имеют электрического заряда и не вызывают пузырьки в гелии. Для того чтобы изогнуть траектории частиц в камере, было приложено магнитное поле. В экспериментах при высоких энергиях обычным является рождение пар частица античастица, хотя в больших масштабах Вселенная оказывается состоящей в основном из материи. (Фотография была сделана Н. П. Сэймяосом из Брукксйаенской Национальной лаборатории.)
Рис. 1. Рождение антиматерии становится видимым в камере, в которой траектория любой частицы, имеющей электрический заряд, отмечается дорожкой из пузырьков в жидком гелии.
Недавние открытия в космологии и физике частиц предлагают ответы на эти вопросы. Они наводят на мысль, что в первый момент после большого взрыва, когда Вселенная была гораздо горячее и плотнее, чем сейчас, имелись равные количества материи и антиматерии. Однако еще до того, как Вселенная достигла возраста $10^{-35}$ с, частые столкновения между частицами создали условия, прямо ведущие к асимметрии между материей и антиматерией. С тех пор и навсегда асимметрия была заключена во Вселенную. Дорога, приводящая к этим выводам, местами еще не замощена, но я попытаюсь показать, что маршрут выбран правильно.
Все фундаментальные составляющие материи встречаются подходящими парами: для каждой частицы имеется античастица той же массы, но противоположная в других отношениях, таких, как электрический заряд. Симметричное удвоение частиц и античастиц требуется для соединения двух великих теорий в физике двадцатого века релятивизма и квантовой механики. Эта симметрия хорошо подтверждена экспериментом. С 1932 г., когда был открыт позитрон (или антиэлектрон), каталог античастиц быстро рос вместе с каталогом частиц. В действительности частицу и ее античастицу часто открывали одновременно, когда обе они рождались парой в результате столкновения частиц в ускорителе при высоких энергиях. Такие столкновения всегда, кажется, порождают материю и антиматерию в равных количествах; действительно, долгое время считалось, что законы природы не отдают предпочтения материи или антиматерии.И все же вне лаборатории, в окружающем нас мире, почти никогда не встречается антиматерия. Атомы, образующие Землю, состоят из нейтронов, протонов и электронов, но никогда из их античастиц. Преобладает ли эта асимметрия во всей Вселенной? То есть состоит ли Вселенная целиком в основном из материи с очень небольшой добавкой антиматерии? Если да, то всегда ли существовала асимметрия или Вселенная начиналась с равного количества частиц и античастиц, а дисбаланс каким-то образом развился позже?
Кажется, что Вселенная сегодня почти полностью состоит из материи. Современные данные из космологии и физики частиц (исследования Вселенной в наибольшем и наименьшем масштабах) предлагают объяснение этого факта.
Космическая асимметрия между материей и антиматерией
Автоматически входить при каждом посещении
Космическая асимметрия между материей и антиматерией
Комментариев нет:
Отправить комментарий