Антиматерия это: Различие свойств материи и антиматерии — все самое интересное на ПостНауке

Содержание

От античастиц к антимирам. Интервью с профессором А.Д. Долговым об антиматерии


Источник фото: Наука из первых рук.


 

Если существует отрицательное электричество, то почему бы не существовать отрицательно заряженному золоту, такому же желтому, с той же точкой плавления и с таким же спектром?

Артур Шустер (1898)

Астрономические наблюдения последних лет убедительно свидетельствуют, что наша Галактика Млечный путь обильно населена антивеществом, или антиматерией. Античастицы по своим свойствам противоположны нашей материи ― обычным элементарным частицам. Открытие антивещества считается одним из важнейших событий в физике XX в. А что известно об антиматерии сегодня? Рассказывает Александр Дмитриевич Долгов ― доктор физико-математических наук, профессор, директор Центра астрофизики и физики частиц Новосибирского государственного университета.

Александр Дмитриевич Долгов ― доктор физико-математических наук, профессор, директор Центра астрофизики и физики частиц Новосибирского государственного университета. С 1996 г. профессор Центра теоретической астрофизики в Копенгагене С 2000 г. профессор Феррарского филиала Итальянского института ядерных исследований. С 2006 г. профессор Университета Феррары. В 2011 г. создал и возглавил лабораторию космологии и физики элементарных частиц в Новосибирском государственном университете (в рамках правительственного мегагранта).

― Что такое антиматерия?

― Как предсказывает квантовая теория поля, и мы также видим это в экспериментах, практически для каждой элементарной частицы существует своя античастица. Например, для протона это антипротон ― частица с той же массой и тем же собственным моментом вращения, или спином. У протона и антипротона все одинаково за исключением электрического заряда, который имеет противоположный знак. Но существуют и такие «самодостаточные» частицы, которые не имеют античастиц. Это, например, полностью нейтральные фотон, гравитон или пи-мезон, для которых нет пары. Пожалуй, наиболее известная пара частицы и античастицы, то есть материи и антиматерии, это электрон и позитрон. Позитрон был первой в истории предсказанной и обнаруженной античастицей. Теоретическое обоснование существования позитрона впервые сделал Поль Дирак в 1928 г. Через три года эту античастицу в эксперименте впервые обнаружил американский физик Карл Андерсон.

Частицы и античастицы имеют равные массы и времена жизни и равные по абсолютной величине значения всех присущих им зарядов, однако с противоположными знаками.

― И до сих пор, насколько я знаю, позитрон остается античастицей, которую мы лучше всего умеем получать в эксперименте.

― Да. Интересно, что позитрон имеет очень небольшую массу: она в 2 тыс. раз меньше, чем масса протона. Поэтому позитроны рождаются в столкновениях частиц без больших проблем. Они также рождаются, пусть и в небольшом количестве, в космических лучах. Из центра нашей Галактики исходит колоссальный и неожиданно высокий поток позитронов. Впервые это было обнаружено на русско-итальянском спутнике «Памела» около десяти лет назад, а затем повторено с большей точностью на антиметр-спектрометре космической станции «Мир». Частицы и античастицы аннигилируют, выделяя очень большое количество энергии. Если взять и проаннигилировать, например, один грамм протонов и один грамм антипротонов, то такая двухграммовая субстанция выделит примерно столько же энергии, сколько дает атомная бомба.


Понятия «антивещество» и «антиатом» впервые использовал английский физик Артур Шустер. В 1898 г. он предположил возможность существования такой необычной материи. Его работа была опубликована в журнале Nature. Источник фото: Уильям Орпен, «Википедия», общественное достояние.


 

― Можно ли сказать, что вся наша материя появилась в каком-то смысле благодаря ошибке? Ведь, как известно, в ранней Вселенной на каждый миллиард частиц и миллиард античастиц, которые взаимно уничтожали друг друга, приходилась всего одна лишняя частица материи и в результате этой «погрешности» появился весь наблюдаемый нами мир. 

― Я бы сказал, что это произошло не из-за ошибки, а в результате действия некоего динамического механизма. Этот механизм был описан А.Д. Сахаровым в 1967 г. Идея состояла в том, что взаимодействия частиц и античастиц немного различны и за счет этого различия при расширении Вселенной возник избыток частиц относительно античастиц. Основная доля частиц космической плазмы, состоящая из частиц и античастиц, проаннигилировала, и, таким образом, вся сегодняшняя материя состоит из этого небольшого избытка, превалирования частиц над античастицами в ранней Вселенной. Вообще, есть разные теории. В некоторых из них существует избыток частиц, а в других, напротив, ― избыток античастиц. Не исключено даже, что во Вселенной могут существовать большие и разделенные между собой домены вещества и антивещества.

― Галактики из антивещества? Интересно!

 Да. Возможно, даже не галактики, а целые группы галактик, которые находятся очень далеко от нас, на расстоянии миллиардов световых лет.

― То есть проаннигилировать с нами в обозримом будущем они не могут? 

― К счастью, нет. Каноническая схема говорит нам, что существуют скопления галактик, состоящие целиком из материи или из антиматерии, но они, как я уже сказал, находятся очень далеко друг от друга. Наблюдения последних лет убедительно свидетельствуют, что наш Млечный Путь обильно населен антивеществом. Это открытие стало настоящей сенсацией для ученых. Никто, кроме нас, этого не предвидел и не верил, что такое вообще возможно. Мы с коллегами предсказывали существование таких объектов еще в 1993 г., дальнейшее развитие эта идея получила в 2009 г. Буквально полгода назад были открыты объекты, которые, как пишут сами авторы, по-видимому, представляют собой антизвезды. Эти звезды находятся в облаке нашего галактического газа. Плотность такого галактического газа ― примерно один протон на кубический сантиметр, что и позволило астрономам наблюдать процессы аннигияции протонов с антипротонами в этих звездах по электромагнитному излучению высокой энергии. Протоны из межзвездного газа падают на поверхность этой звезды, аннигилируют и испускают фотоны с энергией около 500 млн эВ. Возникают несколько фотонов высокой энергии, происхождение которых в обычном случае было бы неясно. В своей работе авторы говорят об избыточном излучении таких энергичных фотонов, естественным объяснением которого может быть то, что звезда состоит из антиматерии.

Согласно нашим исследованиям, антизвезд в Галактике может быть довольно много, поскольку процесс аннигиляции там довольно слабый. В принципе, на антизвезду можно направить телескоп и изучить ее. Есть способы определить, что перед нами именно антизвезда, а не что-то другое: у такой звезды должен быть необычный химический состав и т. д. Но упомянутые мною ученые пока это не искали. Они просто просканировали все небо и обнаружили вот такие интересные подозрительные объекты.


А.Д. Сахаров в 1967 г. предложил красивое динамическое объяснение наблюдаемому избытку вещества над антивеществом. Три принципа Сахарова (ни один не обязателен): несохранение барионного числа, различие взаимодействий частиц и античастиц, нарушение C- и CP-инвариантности, а также отклонение от теплового равновесия. Фото: архив «Научной России».


 

― Почему барионная асимметрия не наблюдается на Большом адронном коллайдере, почему не рождается эта лишняя частица материи на миллиард частиц и античастиц, как было в ранней Вселенной?

 На Большом адронном коллайдере происходит столкновение частиц с энергией порядка тераэлектронвольт ― то есть с энергией, в тысячу раз превышающей энергию покоя протона. Хотя в классических схемах, где происходит эта генерация частиц над античастицами, должны быть задействованы энергии колоссально бóльшие. При низких энергиях количество барионов минус количество антибарионов остается прежним, не меняется. Чтобы сгенерировать лишнюю частицу, нужны гораздо более высокие энергии. Энергии БАК для этого просто недостаточно ― она должна быть в 10 млрд раз выше! Только тогда эта лишняя частица материи может родиться. Правда, существуют и другие схемы, где рождение лишних частиц материи возможно и при более низких энергиях, но они все равно должны быть на порядок выше, чем те, что есть сегодня на БАК.

― Как далеко в прошлое уже смог заглянуть Большой адронный коллайдер?

 Это момент времени, который примерно в миллион раз короче, чем миллионная доля секунды. Это время существенно короче, чем хорошо известная эпоха первичного нуклеосинтеза, но несравненно длиннее, чем момент времени, когда возникала разница между количеством вещества и антивещества.


По оценкам NASA, антивещество самая дорогая субстанция на Земле. Так, производство одного миллиграмма позитронов может стоить не менее $25 млн. На фото: первое в истории наблюдение позитрона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Тонкая изогнутая прерывистая линия, идущая снизу вверх, — трек позитрона. Источник изображения: Carl D. Anderson (1905–1991) — Anderson, Carl D. (1933). «The Positive Electron». Physical Review 43 (6): 491–494. «Википедия», общественное достояние.


 

― Образование антизвезд, антиобъектов в вашей модели описывается как побочный результат рождения первичных черных дыр. Расскажите, пожалуйста, подробнее о своих исследованиях.

― Наша теория предсказывает существование так называемых первичных черных дыр, которые образовались в очень ранней Вселенной — возрастом одна десятитысячная доля секунды после Большого взрыва. Мы предсказали спектр масс этих первичных черных дыр (то есть количество этих черных дыр как функцию массы) ― так называемый логнормальный спектр, который прекрасно согласуется с наблюдательными данными. Кстати, это единственный спектр черных дыр, который проверяется экспериментом.

─ А как именно эти первичные черные дыры связаны с антиматерией?

― Дело в том, что, согласно нашей теории, одновременно с этими ранними черными дырами образовалось небольшое количество компактных антизвезд. В галактиках нашей Вселенной сейчас видно очень много странных звезд, которые вполне могут быть антизвездами. Они имеют очень высокую скорость движения. Выглядит это так, будто такие звезды не были рождены в этой галактике, а «забежали» в нее ненадолго и уже «убегают»: то есть они не удерживаются гравитационным полем галактики и собственным гравитационным полем.

Согласно нашей теории, благодаря одному и тому же механизму можно родить и черные дыры, и антизвезды. Как я уже говорил, эта схема хорошо согласуется с экспериментом, и для меня это очень сильный аргумент в пользу того, что наша модель может быть правильной. Данные, что мы получаем, многообещающие, но вопросов пока еще очень много.

─ Антизвезды, галактики из антивещества… А антижизнь возможна? Антилюди?

 Очень хороший вопрос. Думаю, скорее всего, да. Двойная спираль ДНК, по-видимому, одинакова и для вещества, и для антивещества. Если какие-то различия и есть, то они, вероятно, совершенно ничтожны. Я думаю, что жизнь и антижизнь были бы практически неразличимы.

Антимиры ― это не просто набор античастиц, а звездные и планетные системы, то есть места, где в принципе могла бы быть антижизнь. Античастицы, вне всякого сомнения, существуют, но остается неизвестным, существуют ли во Вселенной антимиры. На этот счет сегодня единого мнения нет.


Позитронный луч от пульсара PSR J2030+4415. В 2022 г. рентгеновская обсерватория  NASA Chandra сфотографировала пучок материи и антиматерии длиной около 60 трлн км, который породил пульсар. Результаты исследования были опубликованы в The Astrophysical Journal. Источник изображения: M. de Vries / NASA / CXC / Stanford Univ.


 

─ Как вы считаете, а мы вообще когда-нибудь сможем узнать, что было до инфляционной стадии, которая, как предполагают, предшествовала горячему Большому взрыву?

― Вы знаете, люди пишут статьи о том, что могло быть до инфляции и как это можно обнаружить. Но дело в том, что эта расширяющаяся пустота как бы все замывает, не оставляя нам ничего. Однако, по мнению А.А. Старобинского, инфляция имеет так называемые волосы, или дополнительные характеристики, которые, может быть, и удастся когда-нибудь увидеть. Но это все модельно-зависимо, то есть ответ зависит от конкретной формы теории и может быть различным. Пустота размазалась, и никаких следов прошлого у нас нет. Думаю, Алексей Александрович говорит правильно, он квалифицированный человек и в таких вещах не должен ошибаться. Но я все-таки буду настаивать, возможно, и ошибочно, что это модельно-зависимая вещь.


Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.

Фото на главной странице сайта: фотобанк 123RF.

 

Приближается разгадка тайны, почему во Вселенной так много материи и куда делась антиматерия

Срочная новость

Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»

Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»

NASA, ESA, CSA, and STScI

Сегодня для ученых это одна фундаментальных тайн мироздания.

В начале своей истории, вскоре после Большого взрыва, Вселенная была заполнена равным количеством материи и антиматерии — частицами, которые являются копиями материи, но с противоположным зарядом. Затем, когда пространство расширилось, Вселенная остыла. Сегодняшняя Вселенная полна галактик и звезд, состоящих из материи. Куда делась антиматерия, как и почему материя стала доминировать? Это продолжает озадачивать ученых.

Физики из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) и Университета Цинхуа (Китай) открыли новый путь для исследования космического происхождения материи, задействовав «космологический коллайдер».

Коллайдеры высоких энергий, такие как Большой адронный коллайдер, были построены для производства очень тяжелых субатомных элементарных частиц, которые могут открыть новую физику. Но некоторые вопросы физики, такие как объяснение «темной материи» или происхождения материи как таковой, требуют извлечения более тяжелых частиц. Для этого нужно гораздо больше энергии, чем может обеспечить искусственный коллайдер. Оказывается, ранний космос мог служить таким суперколлайдером.

Яноу Куи, адъюнкт-профессор физики и астрономии, объяснила: «Широко распространено мнение, что Большому взрыву предшествовала космическая инфляция — эпоха, когда Вселенная расширялась с экспоненциально ускоряющейся скоростью. Космическая инфляция создала высокоэнергетическую среду, позволяющую производить новые тяжелые частицы и их взаимодействие. Инфляционная Вселенная вела себя точно так же, как космологический коллайдер, за исключением того, что энергия была в 10 миллиардов раз больше, чем у любого коллайдера, созданного человеком».

Микроскопические структуры, созданные во время инфляции, растягивались по мере расширения пространства, что приводило к образованию областей различной плотности в однородной Вселенной. Впоследствии эти микроскопические структуры породили всю нашу Вселенную. Куи говорит, что новая физика субатомных частиц может быть открыта с помощью изучения отпечатка этого космологического «коллайдера» в сегодняшнем космосе: в галактиках и космическом микроволновом излучении.

Научная статья вышла в журнале Physical Review Letters, об исследовании сообщили в Калифорнийском университете Риверсайда.

Авторы работы уверены, что благодаря применению физики космологического коллайдера и использованию  точных данных для измерения структуры Вселенной из предстоящих экспериментов (например, SPHEREx и 21-сантиметровая линейная томография), тайна происхождения материи может быть разгадана.

«Тот факт, что в нашей современной Вселенной преобладает материя, остается одной из самых сложных и давних загадок современной физики. Тонкий дисбаланс или асимметрия между материей и антиматерией в ранней Вселенной был необходим для существования сегодняшнего мира, но как так произошло, сегодняшняя фундаментальная физика до конца не понимает», — сказала Куи.

Ученые предлагают проверить концепцию лептогенеза, объясняющую происхождение асимметрии частиц. Если бы Вселенная началась с равных количеств материи и антиматерии, они аннигилировали (взаимно уничтожили) бы друг друга, превратившись в свет, не оставив ничего. Поскольку материя сегодня намного превосходит по количеству антиматерию, для объяснения дисбаланса требуется асимметрия.

«Лептогенез является одним из наиболее убедительных механизмов, порождающих асимметрию материи и антиматерии. Это связано с новой фундаментальной частицей, которую недавно включили в Стандартную модель, — правым нейтрино. Однако долгое время считалось, что проверка лептогенеза почти невозможна, потому что масса правого нейтрино обычно на много порядков превышает досягаемость самой высокой энергии когда-либо построенного коллайдера», — говорит Куи.

В новой работе предлагается проверить лептогенез с помощью подробного анализа статистики  распределения объектов в наблюдаемом сегодня космосе, которое является отпечатком распределения вещества в ранней Вселенной. Исследователи утверждают, что эффект космологического коллайдера позволяет рассчитать формирование сверхтяжелых правых нейтрино в инфляционную эпоху.

«Мы показываем, что существенные условия для создания асимметрии, включая взаимодействия и массы правых нейтрино, которые в данном случае играют ключевую роль, могут оставлять отчетливые отпечатки в статистике пространственного распределения галактик и космического микроволнового фона. Астрофизические наблюдения, ожидаемые в ближайшие годы, потенциально могут обнаружить такие сигналы и раскрыть космическое происхождение материи», — сказала исследовательница.

«Уэбб» обнаружил больше древних галактик, чем должно быть согласно Стандартной модели

Астрофизики измерили количество темной материи, каким оно было 12 млрд лет назад

  • Физика всего

  • Остальные теги

Расскажите друзьям

  • В ИТМО разработали ДНК-робота для обнаружения вирусов

  • Художественное представление о Kepler-186f, экзопланете размером с Землю, вращающейся вокруг красного карлика в созвездии Лебедя

    NASA/Tim Pyle

    Ученые: кислород не может быть идеальным признаком жизни на других планетах

  • University of Arizona

    Астрономы обнаружили новый тип мини-галактик, в которых есть только молодые звезды

  • Shutterstock

    Современное потепление — самое сильное за последние 7000 лет

  • Установка для создания атомного лазера

    Scixel

    Физики создали атомный лазер, который может работать вечно

Хотите быть в курсе последних событий в науке?

Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку

Ваш e-mail

Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Что такое антивещество? — Scientific American

Р. Майкл Барнетт из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Хелен Куинн из Стэнфордского центра линейных ускорителей предлагают этот ответ, части которого перефразированы из их книги Очарование странных кварков:

В 1930 году Поль Дирак сформулировал квантовую теорию движения электронов в электрическом и магнитном полях, первую теорию, которая правильно включила специальную теорию относительности Эйнштейна в эту теорию.
контекст. Эта теория привела к неожиданному предсказанию: уравнения, описывающие электрон, также описывали и фактически требовали существования другого типа частиц с точно такой же массой, как у электрона, но с положительным, а не отрицательным электрическим зарядом. Эта частица, называемая позитроном, является античастицей электрона и является первым примером антивещества.

Его открытие в экспериментах вскоре подтвердило замечательное предсказание антивещества в теории Дирака. Снимок из камеры Вильсона, сделанный Карлом Д. Андерсоном в 1931 году, показал, как частица входит снизу и проходит через свинцовую пластину. Направление кривизны траектории, вызванной магнитным полем, указывало на то, что частица была положительно заряженной, но с такой же массой и другими характеристиками, что и электрон. Современные эксперименты обычно производят большое количество позитронов.

Предсказание Дирака применимо не только к электрону, но и ко всем фундаментальным составляющим материи (частицам). Каждому типу частиц должен соответствовать тип античастицы. Масса любой античастицы равна массе частицы. Все остальные его свойства также тесно связаны, но с обратными знаками всех зарядов. Например, протон имеет положительный электрический заряд, а антипротон — отрицательный. Существование партнеров антиматерии для всех частиц материи в настоящее время является хорошо проверенным явлением, и наблюдаются оба партнера для сотен таких пар.

Новые открытия ведут к новому языку. Придумывая термин «антиматерия», физики фактически переопределили значение слова «материя». До этого времени «материя» означала все, что имело субстанцию; даже сегодня школьные учебники дают такое определение: «материя занимает пространство и имеет массу». Добавив понятие антиматерии в отличие от материи, физики сузили определение материи, чтобы оно применялось только к определенным видам частиц, включая, однако, все те, которые встречаются в повседневном опыте.

Любая пара совпадающих частиц и античастиц может быть создана в любое время, когда имеется достаточно энергии для обеспечения необходимой массы-энергии. Точно так же каждый раз, когда частица встречает соответствующую античастицу, они могут аннигилировать друг друга, то есть они оба исчезают, оставляя свою энергию преобразованной в какую-то другую форму.

Между частицами и античастицами нет внутренней разницы; они появляются по существу на одной и той же основе во всех теориях частиц. Это означает, что законы физики для
античастицы почти идентичны античастицам; любая разница — это крошечный эффект. Но, безусловно, есть существенная разница в количестве этих объектов, которые мы находим в окружающем нас мире; весь мир состоит из материи. Любая антиматерия, которую мы производим в
лаборатория вскоре исчезает, потому что встречается с соответствующими частицами материи и аннигилирует.

Современные теории физики элементарных частиц и эволюции Вселенной предполагают или даже требуют, чтобы антиматерия и материя были одинаково распространены на самых ранних стадиях, так почему же антиматерия так редко встречается сегодня? Наблюдаемый дисбаланс между материей и антиматерией — загадка, которую еще предстоит объяснить. Без него сегодняшняя Вселенная, безусловно, была бы гораздо менее интересной, потому что вокруг не осталось бы практически никакой материи; аннигиляции уже превратили бы все в электромагнитное излучение. Так что ясно, что этот дисбаланс является ключевым свойством мира, который мы знаем. Попытки объяснить это сегодня являются активной областью исследований.

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно лучше понять ту крошечную часть законов физики, которые различаются для материи и антиматерии; без такой разницы не было бы возможности возникновения дисбаланса. Это различие является предметом изучения в ряде экспериментов по всему миру, которые сосредоточены на различиях в распадах частиц, называемых B-мезонами, и их партнеров-античастиц. Эти эксперименты будут проводиться как на электронно-позитронных коллайдерах, называемых В-фабриками, так и на адронных коллайдерах высоких энергий, потому что каждый тип установок предлагает разные возможности для участия в изучении этой детали законов физики — детали, которая очень важна. отвечает за такое важное свойство мироздания, как то, что там вообще что-то есть!


Мария Спиропулу — докторант по физике в Гарварде. Ее ответ следующий:

Начнем с определения материи. Люди спрашивали: «Что такое материя?» довольно долгое время. Демокрит, т.
древнегреческий философ и математик, предвидел структуру строительных блоков всего и
основу этой структуры он назвал атомом; он писал: «Нет ничего, кроме атомов и пустого пространства:
все остальное — мнение». На атомарном уровне мир можно описать с точки зрения элементов,
включая водород, кислород, углерод и т.п.

Однако оказывается, что атомы не являются фундаментальными составляющими материи. Когда мы приближаемся к
материи, исследуя ее на меньших расстояниях, раскрывается субатомный мир. Чем ближе мы смотрим, тем страннее это
мир, квантовый мир, ведет себя на самом деле. Мы не можем установить с ним прямую связь: в малых масштабах
объекты ведут себя не как палочки, или шары, или волны, или облака, или что-то еще, что мы когда-либо испытывали непосредственно.
Но квантовая механика этого мира позволяет нам описать, как атомы образуют молекулы.

Это также позволяет нам изобразить «движение» определенных частиц внутри атомов. Действительно, атомы состоят из
электроны, которые вращаются вокруг неподвижных протонов и нейтронов в своих ядрах, состоящих из кварков. Эти
все частицы взаимодействуют друг с другом с помощью частиц-посредников, таких как фотоны, глюоны, W
и Z. Основываясь на свойствах этих частиц, мы присваиваем им идентификационные номера, или квантовые
числа. А с помощью симметрий и законов сохранения, включающих квантовые числа
частиц, мы можем описать их взаимодействие. Примерами таких чисел являются заряд и собственный угловой
импульс или вращение.

Если , то — это любая частица, и эта частица не имеет никаких атрибутов, кроме линейного и углового момента (которые включают
энергия и вращение), то a — это его собственная античастица — одна из составляющих антивещества. Например,
фотон сам себе античастица. Если у частицы есть другие атрибуты (например, электрический заряд Q), то
античастица имеет противоположные атрибуты (или заряд -Q). Протон и нейтрон обладают такими свойствами.
В случае протона его положительный заряд отличает его от отрицательно заряженного антипротона.
нейтрон, хотя и электрически нейтрален, имеет магнитный момент, противоположный антинейтрону. Протоны
а нейтроны имеют другое квантовое число, называемое барионным числом, которое также имеет противоположный знак в
соответствующие античастицы.

Операция замены частиц античастицами называется зарядовым сопряжением (С). Частицы и
античастицы имеют точно такую ​​же массу и одинаковые, но противоположные заряды и магнитные моменты; если они
нестабильны, они имеют одинаковый срок службы. Этот период называется временем зарядового сопряжения-четности (CPT).
инвариантность, которая устанавливает тот факт, что если вы поменяете местами частицы на античастицы (C), посмотрите на три
мерное зеркало (P) и обратное время (T), вы не можете отличить их друг от друга. Большинство
жесткими испытаниями КПП на сегодняшний день являются измерения отношения магнитных моментов электрона и
позитрона до двух частей на триллион (Р. Ван Дайк-младший и П.Б. Швинберг, Вашингтонский университет,1987)
и измерения заряда на массу протона и антипротона — найдено от 0,999 999 999,91 до 90
частей на триллион (G. Gabrielse, Harvard, 1998).

Антиматерия возникла как решение того факта, что уравнение, описывающее свободную частицу в движении (уравнение
релятивистская связь между энергией, импульсом и массой) имеет не только положительное энергетическое решение, но
тоже отрицательные! Если бы это было правдой, ничто не помешало бы частице упасть в бесконечное отрицательное
энергетические состояния, излучающие бесконечное количество энергии в процессе — то, чего не происходит. В
1928, Поль Дирак постулировал существование положительно заряженных электронов. В результате получилось уравнение
описывая как материю, так и антиматерию в терминах квантовых полей. Эта работа была поистине историческим триумфом,
потому что это было подтверждено экспериментально и положило начало новому способу мышления о частицах и
поля.

В 1932 году Карл Андерсон открыл позитрон при измерении космических лучей в камере Вильсона.
эксперимент. В 1955 году в Беркли Беватрон Эмилио Сегре, Оуэн Чемберлен, Клайд Виганд и
Томас Ипсилантис открыл антипротон. А в 1995 в ЦЕРН ученые синтезировали антиводород
атомов впервые.

Когда частица и ее античастица сталкиваются, они аннигилируют в энергию, переносимую «силой».
частицы-мессенджеры, которые впоследствии могут распадаться на другие частицы. Например, когда протон и
антипротон аннигилирует при высоких энергиях, может образоваться пара топ-антитоп-кварк!

Интригующая загадка возникает, когда мы считаем, что законы физики трактуют материю и антиматерию почти как
симметрично. Почему же тогда у нас не бывает встреч с антилюдьми из антиатомов? Почему это
звезды, пыль и все остальное, что мы наблюдаем, состоит из материи? Если бы космос начался с равных количеств
материя и антиматерия, где антиматерия?

Экспериментально отсутствие аннигиляционного излучения от скопления Девы показывает, что небольшое количество антиматерии может
можно найти в пределах ~ 20 мегапарсеков (Мпк), типичного размера галактических скоплений. Тем не менее, насыщенная программа
поиск антивещества в космическом излучении существует. Среди прочего, результаты формируют High-Energy
Телескоп на антиматерии, эксперимент с космическими лучами на воздушном шаре, а также данные за 100 часов.
с альфа-магнитного спектрометра на борту космического корабля НАСА, подтверждают доминирование материи в
наша Вселенная. Однако результаты орбитальной гамма-обсерватории Комптона НАСА
обнаружение того, что может быть облаками и фонтанами антиматерии в Галактическом центре.

Мы заявили, что существует приблизительная симметрия между материей и антиматерией. Малая асимметрия есть
Считается, что она, по крайней мере, частично ответственна за то, что материя переживает антиматерию в нашей Вселенной.
Недавно и эксперимент NA48 в ЦЕРНе, и эксперимент KTeV в Фермилабе напрямую
измерил эту асимметрию с достаточной точностью, чтобы установить ее. И ряд экспериментов, в том числе
Эксперимент BaBar в Стэнфордском центре линейных ускорителей и Belle в KEK в Японии столкнутся с
один и тот же вопрос в разных системах частиц.

Антиматерия при более низких энергиях используется в позитронно-эмиссионной томографии (см. это ПЭТ-изображение мозга).
Но антивещество привлекло общественный интерес главным образом как топливо для вымышленного космического корабля «Энтерпрайз» в «Звездном пути».
На самом деле НАСА обращает внимание на антиматерию как на возможное топливо для межзвездного движения. В штате Пенсильвания
Университет, группа Antimatter Space Propulsion решает проблему использования антиматерии.
аннигиляция как источник энергии для движения. Увидимся на Марсе?

Ответ первоначально опубликован 18 октября 1999 г.

История антивещества | Timeline.Web.cern.CH

История антиматерна

  1. Альберт Эйнштейн издает свою теорию специальной относительности

    на 30 июня 1905 года.

  2. Виктор Гесс открывает космические лучи

    В 1911 и 1912 годах австрийский физик Виктор Гесс…

    Узнать больше

  3. Эрвин Шредингер и Вернер Гейзенберг разрабатывают квантовую теорию

  4. Уравнение Дирака предсказывает античастицы

    В 1928 году британский физик Поль Дирак записал…

    Узнать больше

  5. Карл Андерсон открывает позитрон

    В 1932 году Карл Андерсон, молодой профессор…

    Узнать больше

  6. Эрнест Лоуренс патентует циклотрон

    В 1929 году Эрнест Лоуренс – затем ассоциированный…

    Узнать больше

  7. Запуск Беватрона в Беркли, Калифорния

    Беватрон в 1958 году

  8. Беватрон открывает антипротон

    Статья «Наблюдение за антипротонами», автор…

    Узнать больше

  9. Беватрон открывает антинейтрон

    Журнал Physical Review получает статью…

    Узнать больше

  10. Кронин и Фитч обнаружили разницу между материей и антиматерией

    В 1964 году Джеймс Кронин и Вэл Фитч в Брукхейвене…

    Узнать больше

  11. Первые наблюдения антиядер

    К 1965 году все три частицы, из которых состоят атомы (…

    Узнать больше

  12. Первое хранилище антипротонов

    ЦЕРН выпускает пресс-релиз, сообщающий о первом…

    Узнать больше

  13. Первые столкновения протон-антипротон

    Пересекающиеся накопительные кольца создали мир…

    Узнать больше

  14. Получены первые антиатомы: антиводород, ЦЕРН

    Группа под руководством Уолтера Олерта создала атомы…

    Узнать больше

  15. Деселератор антипротонов одобрен

    В 1996 г. антипротонные установки ЦЕРНа –…

    Узнать больше

  16. ATHENA и ATRAP создают «холодную» антиматерию

    Два эксперимента ЦЕРН, ATHENA и ATRAP, создали…

    Узнать больше

  17. АЛЬФА захватывает атомы антиматерии в ловушку на 1000 секунд

    Эксперимент АЛЬФА в ЦЕРН сообщил сегодня, что…

  18. ASACUSA весит антивещество с точностью до одной миллиардной доли

    В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature…

    Узнать больше

  19. ЦЕРН взял курс на сверхнизкоэнергетические антипротоны

    Стартовая встреча ELENA, Extra Low…

    Узнать больше

  20. Эксперимент ATRAP обеспечивает самое точное в мире измерение магнитного момента антипротона

    В Physical Review Letters, Antihydrogen TRAP…

    Узнать больше

  21. Эксперимент LHCb наблюдает новую разницу между материей и антиматерией

    Коллаборация LHCb в ЦЕРН публикует статью…

  22. Первый прямой анализ влияния гравитации на антиматерию

    Коллаборация ALPHA в ЦЕРН1 опубликовала…

    Узнать больше

  23. Эксперимент ЦЕРН ALPHA измеряет заряд антиводорода

    В статье, опубликованной в журнале Nature…

    Узнать больше

  24. Схема в разрезе системы ловушек Пеннинга, используемой BASE. Эксперимент получает антипротоны из AD ЦЕРНа; отрицательные ионы водорода образуются при впрыске в аппарат.
    (Изображение: ЦЕРН)

    Эксперимент BASE в ЦЕРНе сравнивает протоны и антипротоны с высокой точностью

    Женева, 12 августа 2015 г.