Антиматерия стала одним из самых захватывающих открытий 20-го века. Люди, живущие под влиянием писателей-фантастов, таких как Дэн Браун, могут размышлять об антиматерии как о «теоретической идее» даже не подозревая о том, что она фактически создается каждый день. Более того, исследования антиматерии действительно помогают нам понять, как работает Вселенная.
Антиматерия – это материал, состоящий из античастиц. Считается, что каждая частица, о которой мы знаем, имеет свой спутник-антиматерию. Этот спутник практически идентичен частице, но имеет противоположный заряд. Например, электрон имеет отрицательный заряд. Его античастица, позитрон, обладает такой же массой, но положительным зарядом. Когда частицы и античастицы встречаются, они уничтожают друг друга, исчезая во всплеске света.
Впервые существование таких частиц было предсказано британским физиком Полом Дираком, когда он пытался совместить две великие идеи ранней современной физики: относительность и квантовую механику. Ранее ученые находились в тупике, ведь казалось, что частицы могут иметь энергию ниже, нежели при состоянии «отдыха». Тогда это действительно казалось невозможным, ведь это означало бы существование отрицательной энергии.
Тем не менее, Дирак был согласен с тем, что говорили ему уравнения. В частности, что частицы заполняют весь «океан» этих более низких энергий. Этот океан оставался невидимым для физиков, поскольку они смотрели только «над поверхностью».
Дирак предположил, что все «нормальные» существующие энергетические уровни определяются «нормальными» частицами. Но когда частица выпрыгивает из более низкого энергетического состояния, она появляется как нормальная частица, но оставляет после себя дыру, представленную словно зеркальным отображением частицы – это и есть антиматерия.
Несмотря на витавший скептицизм, вскоре примеры таких пар частиц-античастиц были обнаружены. Например, они создаются при попадании космических лучей в атмосферу Земли. Существуют и доказательства того, что энергия во время грозы создает антиэлектроны – более привычны нам под названием позитроны. Они также производятся в некоторых радиоактивных распадах. Сегодня эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) также позволяют создавать и материю и антиматерию.
Тайна материи-антиматерии
Физика предсказывает, что материя и антиматерия должны создаваться почти в равных количествах, так должно было происходить и во время Большого взрыва. Более того, предсказано, что законы физики должны быть одинаковыми, если частица взаимодействует с античастицей – это отношение, более известное как CP-симметрия. Но Вселенная, которую мы видим, судя по всему, не подчиняется этим правилам. Где же вся антиматерия? Пока это одна из крупнейших тайн в физике на текущий момент.
Эксперименты показывают, что некоторые процессы радиоактивного распада не дают равного количества частиц и античастиц. Но даже этого недостаточно, чтобы объяснить несоответствие между количеством материи и антиматерии во Вселенной. Сегодня ученые проводят эксперименты с нейтрино и пытаются найти другие процессы, которые позволят объяснить эту загадку.
Мы благодарны Вам за чтение наших материалов!
Подписывайтесь на канал Achernar и получайте больше интересных публикаций в своей ленте.