Наверняка если вы подумаете о каких-то древних образцах материи, то в голову придёт что-то типа костей динозавров или какие-то похожие артефакты. Может быть представятся глиняные черепки или каменные орудия труда. В общем - всё, что так любят археологи.
Но на самом деле вопрос намного интереснее, чем он может показаться. Ход мысли следует строить иначе. Материя не обязательно должна быть материалом, а самый древний образец не всегда можно будет потрогать руками.
Ни один образец такой реальной материи, типа каменного топора, не сравнится с действительно старым и древним примером, который реально известен науке. Тут речь идёт даже не про атомы, поскольку на фоне этого возраста многие из них распадаются естественным путём и не про что-то осязаемое в прямом смысле.
Вот что вы знаете про фоновые космические нейтрино?
Фоновое космическое нейтрино - это «реликтовые» нейтрино, оставшиеся со времён ранней Вселенной, примерно через секунду после Большого взрыва, когда материя была невероятно горячей и плотной. Тогда нейтрино перестали активно взаимодействовать с другими частицами и начали свободно лететь по космосу, сохранив информацию о тех древних условиях - примерно как космическое микроволновое излучение, только для нейтрино.
Сегодня они заполняют всю Вселенную, но их крайне трудно обнаружить из-за очень слабого взаимодействия с веществом.
Нейтрино можно назвать материей, потому что это реальные элементарные частицы с массой и энергией. Просто это очень необычная материя. В современной физике их относят к фермионам - строительным кирпичикам материи, хотя они не образуют привычные атомы или предметы вокруг нас. Собственно, потому они не совсем точно подходят под определение материала, но всё же мы можем полагать, что группы нейтрино могут организовать некоторое подобие материала.
Возраст этих частиц многократно превышает срок жизни планеты, а наука умеет их наблюдать. Это позволяет полагать, что никакие скелеты из музеев и старые орудия труда не сравнятся с ними по срокам существования. Потому нейтрино становятся самыми старыми примерами материи, которые реально умеет наблюдать наука.
Тут уместен спор - что старше? Фотоны или нейтрино? Если вы хотя бы примерно что-то знаете о тех процессах, то можете уместно подумать, что фотоны в любом случае должны быть соизмеримы по времени существования.
Фотоны космического микроволнового фонового излучения действительно чрезвычайно стары. Мы наблюдаем фотоны, испущенные в тот момент, когда Вселенной было всего около 379 000 лет - в эпоху, когда она впервые стала прозрачной для излучения. Однако мы можем обнаружить нейтрино, которые значительно старше этого возраста.
В годы после Большого взрыва вся Вселенная состояла из горячего ионизированного газа (в основном водорода, с небольшим количеством гелия и следовыми количествами других атомов). Этот ионизированный газ был горячим, светящимся и непрозрачным. Из-за своей непрозрачности фотоны были захвачены внутри этих газовых облаков и не могли перемещаться на большие расстояния. Только через 379 000 лет газовые облака достаточно остыли, чтобы стать прозрачными и отпустить свои фотоны.
Однако нейтрино также образовались во время Большого взрыва, и их гораздо сложнее уловить. Они вырвались из облаков (отделились) примерно через секунду после Большого взрыва и с тех пор свободно перемещаются. Обнаружение этих нейтрино чрезвычайно сложно. Не все обнаруженные нейтрино будут «первичными» нейтрино от Большого взрыва. Они также образуются в результате термоядерного синтеза в звездах и сверхновых, а также во многих процессах радиоактивного распада. Однако некоторые из обнаруженных нейтрино будут первичными, и их можно статистически различить, поскольку ожидается, что они будут иметь уникальный «отпечаток пальца» - очень однородную температуру приблизительно 1,95 К.
Тем не менее, современные детекторы нейтрино могут обнаруживать нейтрино только в диапазоне энергий в ГэВ и не способны обнаруживать первичные нейтрино, энергии которых составляют менее милли-эВ. Первичные нейтрино в настоящее время обнаруживаются косвенно, но мы уверены, что они есть. Будем надеяться, что в будущем появится возможность их прямого обнаружения.
Впрочем, это не меняет факт того, что именно первичные нейтрино являются самой древней материей во Вселенной, а заодно и самой древней материей, известной нашей науке.
А что вы сначала подумали, когда услышали вопрос про самую древнюю материю? Наверное про динозавров или наскальные рисунки? Напишите в комментариях, нам всем интересно!
⚠️ Пишу курс про загадки материи - добро пожаловать сюда.
Не забывайте ставить лайки статье! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами!