Форум В шутку и всерьёз

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Форум В шутку и всерьёз » Гранит науки » Антиматерия


Антиматерия

Сообщений 1 страница 7 из 7

1

Куда девается антиматерия?

Классическая модель физики не может дать объяснение множеству феноменов Вселенной. Для разрешения этой проблемы была выдвинута гипотеза о существовании античастиц и состоящей из них антиматерии. Согласно теории, вещество и антивещество возникли в равных пропорциях сразу после Большого Взрыва. Однако существуют только косвенные признаки антиматерии: наблюдения за космосом не дали прямых указаний на ее присутствие.

А вот лабораторные эксперименты оказались гораздо удачнее. Так, в 1936 году были обнаружены мюон и его античастица, в 1955-м - был зарегистрирован антипротон, а годом позже – антинейтрон.

В настоящее время известны антиподы практически у большинства частиц, и у физиков не возникает сомнений в том, что это верно для них всех. Другое дело, если античастица ничем не отличается от своего прообраза, что часто наблюдается у таких нейтральных объектов, как фотон, бозон Хиггза, гравитон.

Описывающие двойственную природу Вселенной законы физики отлично работают, подтверждаясь на практике, однако у ученых возникает вопрос – как это возможно, когда подавляющая часть видимого нами космоса состоит из обычной материи? Для объяснения этого феномена существует две различные теории.

Первая из них гласит, что особенности различия между материей и антиматерией привели к постепенному доминированию обычного вещества. Античастицы оказались или вытеснены из нашей Вселенной, или в силу какой-то нестабильности прекратили существования. И лишь остатки этой физической формы изредка могут быть зарегистрированы научной аппаратурой.

Согласно этой теории антиматерия образует собственную Вселенную, которая является истинным отражением нашего мира. А раз так, то все проведенные эксперименты подобны царапинам острым предметом по стеклу, и все попавшие в наш мир античастицы выбиты из своей реальности принудительно.

В 1998 году эксперименты Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) выявили, что редкие квантовые элементы каоны регулярно переходят в античастицы, в то время как обратная трансформация наблюдается гораздо реже. Это приводило к образованию дисбаланса между материей и антиматерией с преобладанием последней.

Продолжая эту серию экспериментов на своих ускорителях, физики из США и Японии обнаружили подобное поведение у других элементарных частиц – более тяжелых Б-мезонов. Теперь все надежды возлагаются на Большой адронный коллайдер, на котором при помощи 4500-тонного детектора будут исследованны миллиарды Б-мезонов в попытке найти причину образования антиматерии.

По другой теории существования антиматерии большинство частиц и античастиц аннигилировали сразу после Большого Взрыва, и лишь небольшие их скопления оказались разбросаны в разные концы космоса. Тогда где-то, очень далеко от нас должна находиться целая Вселенная из антиматерии, которую освещают анти-звезды и, может быть, населяет анти-жизнь.

Положить конец всем спорам и предложить единую теорию антивещества поможет обнаружение химического элемента, полностью состоящего из античастиц. Возможно, какой-нибудь антипод водорода или гелия сможет рассказать ученым много нового – как он появился, откуда пришел и как сможет существовать в нашей материальной Вселенной.

так есть ли антиматерия? и надо ли её искать?)

0

2

Опыты с антиматерией заставили ученых сомневаться в существовании Вселенной
18.10.2017
https://cdn3.img.ria.ru/images/147705/33/1477053338.jpg
Так художник представил себе стокновение сверхмалых частиц

МОСКВА, 18 окт – РИА Новости. Физики из ЦЕРН провели сверхточные замеры магнитного момента антипротона и не нашли никаких различий между свойствами материи и антиматерии, что сделало тайну пропажи антиматерии и существования Вселенной еще более загадочной, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Все наши замеры указывают на то, что материя и антиматерия обладают абсолютно идентичными свойствами. Иными словами, Вселенная просто не должна существовать, но реальность говорит об обратном. Соответственно, нужные нам различия где-то должны существовать, но мы сейчас просто не понимаем, где их нужно искать. Возникает вопрос — что нарушило симметрию свойств материи?", — заявил Кристиан Сморра (Christian Smorra), физик из Института RIKEN в Сайтаме (Япония).

Как сегодня считают ученые, в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. При этом Стандартная модель физики говорит о том, что свойства частиц антиматерии зеркально повторяют характеристики своих близнецов, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными.

Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны были уничтожить друг друга, породив "море" гамма-квантов и нейтрино, не оставляя ничего, из чего могли бы возникнуть звезды, планеты и галактики. Поэтому возникает вопрос — куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная.

Считается, что одна из причин "асимметрии материи" может заключаться в существовании небольших, но достаточно существенных различий в устройстве и свойствах частиц антиматерии. За последние годы физики нашли несколько намеков на то, что такие различия, например в массе протонов и антипротонов, все же существуют, однако их точное измерение затрудняется низкой точностью приборов и микроскопическими масштабами этой асимметрии.

Как правило, подобные замеры проводятся при помощи особого устройства, которое физики называют "ловушкой Пеннинга". Она представляет собой особую камеру, в которой ионы и частицы антиматерии удерживаются при помощи магнитных и электрических полей, которые заставляют их курсировать внутри ловушки по волнистой линии, закрученной в круг. Положение любой частицы в этом круге и на этой линии можно легко просчитать математическим путем, что заметно облегчает замеры ее свойств.

В поисках "новой физики"

Как рассказывает Сморра, ловушки Пеннинга позволяют проводить очень точные замеры, однако этой точности не хватает для полноценных поисков различий между материей и антиматерией – флуктуации магнитных полей, удерживающих частицы на одном месте, постепенно начинают вносить помехи в результаты экспериментов.

Сморра и его коллеги смогли преодолеть эту проблему и повысили точность замеров в 350 раз при помощи очень простого и остроумного приема – они использовали не одну, а две ловушки Пеннинга, одна из которых работала при комнатной температуре, а вторая – при почти абсолютном нуле.

Первая установка использовалась не для замеров свойств антипротонов, а для того, чтобы понять, как быстро частицы вращаются, взаимодействуя с магнитным полем ловушки Пеннинга. Эти данные были нужны ученым для того, чтобы "удалить" подобные помехи из замеров второй ловушки, куда параллельно запускался второй антипротон, и повышения скорости проведения измерений.

Благодаря подобным ухищрениям японским и немецким физикам, работавшим с частицами антиматерии в ЦЕРН, удалось выяснить, что магнитный момент антипротона – то, как сильно частица реагирует на внешние магнитные поля – совпадает с аналогичным значением для протона до 9 знака после запятой.

Как отмечают Сморра и его коллеги, точность этих замеров можно повысить еще примерно в 10 раз, однако уже сейчас можно говорить о том, что различия между материей и антиматерией вряд ли скрываются в еще меньших расхождениях в свойствах протонов и антипротонов. В подобном случае, предположительные свойства новорожденной Вселенной будут несовместимы с тем, что мы знаем о Большом Взрыве, что делает загадку пропажи антиматерии еще более интересной и непонятной, заключают физики.

0

3

Физики ЦЕРН почти разгадали тайну пропажи антиматерии из Вселенной
31.01.2017

МОСКВА, 31 янв – РИА Новости. Физики ЦЕРН, работающие с детектором LHCb, нашли первые возможные различия между материей и антиматерией, объясняющие то, почему в современной Вселенной антиматерии почти нет, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

Считается, что в первые мгновения после Большого взрыва существовало равное количество материи и антиматерии. Сегодня мир заполнен материей, и этот факт является физической загадкой, так как частицы материи и антиматерии должны были уничтожить друг друга в тот момент, когда они появились в кварковом "супе" будущей Вселенной. Поэтому возникает вопрос — куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная.

Сегодня ученые пытаются найти ответ на этот вопрос двумя путями – моделируя условия, существовавшие во время Большого Взрыва, в том числе и при помощи ускорителей частиц, а также сравнивая фундаментальные свойства материи и антиматерии. За последние 50 лет никаких существенных различий в их свойствах так и не было найдено, из-за чего многие физики начали искать экзотические ответы на загадку пропажи антиматерии в процессе расширения Вселенной и в свойствах "частицы бога", бозона Хиггса.

Никола Нери (Nicola Neri) из университета Милана (Италия) и его коллеги по коллаборации LHCb, в том числе десятки российских физиков, заявляют о возможном открытии таких различий в поведении материи и антиматерии в данных, собранных инструментом LHCb в первый сезон работы Большого адронного коллайдера после его перезапуска в мае 2015 года.

Внимание ученых привлекли странности в распадах так называемых лямбда-барионов – сверхтяжелых частиц, состоящих из двух легких кварков и одного тяжелого кварка. Эти частицы в некоторых редких случаях распадаются на четыре части – три пи-мезона и один протон, а в других, еще более редких случаях – на два каона, пи-мезон и протон.

Характер и частота этих распадов, как отмечают ученые, должны быть примерно одинаковыми для частиц и античастиц, однако экспериментальные данные с БАК показывают, что "рисунок" движения продуктов распада в некоторых случаях отличался на 10-20% от общепринятой картины Стандартной модели физики в тех случаях, когда распадались анти-лямбда-барионы. Подобная асимметрия, по словам физиков, указывает на аналогичную по силе асимметрию в свойствах частиц, участвующих в процессе распада.

Пока это наблюдение не является открытием – физикам удалось зафиксировать всего шесть тысяч случаев распада лямбда-барионов по данным сценариям, и уровень достоверности данного открытия составляет 3,3 сигма (0,1% вероятности случайного совпадения или ошибки замеров). В физике частиц открытием считаются только те наблюдения, которые достигают уровня достоверности в 5 сигма, и поэтому пока выкладки Нери и его коллег являются лишь серьезным намеком на открытие.

С другой стороны, как пишет журнал Symmetry, ученые обещают в скором времени выложить обновленные результаты замеров, построенные с учетом тех данных, которые LHCb и весь Большой адронный коллайдер вели с января по ноябрь прошлого года. Если эти первоначальные данные подтвердятся, то тогда можно будет говорить о том, что ученые действительно приблизились к разгадке одной из главных тайн Вселенной, связанной с существованием человечества в частности и всей материи в целом.

"Мы доказали, что мы находимся на пороге удивительных открытий. Наш детектор обладает столь высокой чувствительностью, что мы теперь можем начать систематические поиски асимметрии материи и антиматерии в других тяжелых барионах. Наши возможности расширятся еще больше после обновления детектора в 2018 году", — заключает Нери.

0

4

Ученые: протоны могут быть полными "двойниками" антипротонов
12.08.2015

Эксперименты с антипротонами в стенах ЦЕРН показали что соотношение массы и заряда и прочие физические свойства протона и антипротона могут полностью совпадать. Это открытие заново ставит вопрос о том, почему Вселенная заполнена материей и практически лишена антиматерии.
МОСКВА, 12 авг – РИА Новости. Соотношение массы и заряда и прочие физические свойства протона и антипротона могут полностью совпадать, что заново ставит вопрос о том, почему Вселенная заполнена материей и практически лишена антиматерии, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Мы обнаружили, что соотношения массы и заряда для протона и антипротона равны друг другу с погрешностью, равной 69 частям на триллион. Подобная точность измерений в четыре раза выше, чем при предыдущих замерах свойств пары протон-антипротон, и она еще больше ограничивает вероятность того, что симметричность законов физики где-то нарушается", — заявил Штефан Ульмер (Stefan Ulmer) из института RIKEN в Сайтаме (Япония).

Как сегодня считают ученые, в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. При этом Стандартная модель физики говорит о том, что свойства частиц антиматерии зеркально повторяют характеристики своих близнецов, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными.

Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны были уничтожить друг друга. Поэтому возникает вопрос — куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная.

Считается, что одна из причин "асимметрии материи" может заключаться в существовании небольших, но достаточно существенных различий в устройстве и свойствах частиц антиматерии. За последние годы физики нашли несколько намеков на то, что такие различия, например в массе протонов и антипротонов, все же существуют, однако их точное изменение затрудняется низкой точностью приборов и микроскопическими масштабами этой асимметрии.

Ульмер и его коллеги усомнились, что подобные различия на самом деле существуют, разработав новую методику измерения соотношения массы и заряда элементарных частиц и их "злых близнецов" в лице античастиц и использовав ее для уточнения этой пропорции для протона и антипротона.

Ее основой является особая ловушка из нескольких небольших электродов, захватывающая индивидуальные частицы материи и антиматерии и заставляющая их вращаться по кругу внутри особых электрических и магнитных полей. Скорость этого "бега по кругу" зависит от того, каким зарядом обладает изучаемая частица и от ее массы, что позволяет крайне точно измерить один из этих параметров, зная значение второго и частоту вращения.

Наблюдая за подобным движением свыше 6 тысяч протонов и антипротонов на протяжении более чем месяца, физики так и не смогли обнаружить различий в их соотношениях массы и заряда, что намекает на то, что нарушения в симметрии свойств этих частиц не существует.

В ближайшее время группа Ульмера планирует провести новую серию экспериментов, точность которых будет повышена сначала в 10, а потом и в 100 раз. Данные опыты, как надеются ученые, или подтвердят полученный результат и укажут на то направление, где нам следует искать новую физику за пределами Стандартной модели, или же позволят найти различия в свойствах частиц и античастиц.

0

5

Физики выяснили, как возникла видимая материя во Вселенной
25.02.2015
https://cdn1.img.ria.ru/images/104950/26/1049502607.jpg
Российско-американский физик нашел в движении поля Хиггса возможное объяснение того, почему существует Вселенная и почему в ней практически не осталось антиматерии, предположительно возникшей в равном количестве с обычной материей во время Большого взрыва.

МОСКВА, 25 фев – РИА Новости. Возможной причиной практически полного отсутствия антиматерии во Вселенной и преобладания обычной видимой материи могли послужить движения поля Хиггса – особой структуры, где "живут" бозоны Хиггса, заявляют физики в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters.

Считается, что в первые мгновения после Большого взрыва существовало равное количество материи и антиматерии. Сегодня мир заполнен материей, и этот факт является физической загадкой, так как частицы материи и антиматерии должны были уничтожить друг друга в тот момент, когда они появились в кварковом "супе" будущей Вселенной. Поэтому возникает вопрос — куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная.

Российско-американский физик Александр Кусенко из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США) и его коллеги полагают, что им удалось найти ответ на эту вселенскую загадку в тех данных, которые были собраны Большим Адронным Коллайдером во время первого этапа его работы, когда был обнаружен бозон Хиггса, знаменитая "частица бога".

По теории Хиггса, Вселенную пронизывает особое поле, с которым взаимодействуют все существующие элементарные частицы: чем сильнее они сцепляются с полем, тем выше будет их масса. Если это поле существует, то должны  существовать и бозоны Хиггса — особые частицы, отвечающие за его взаимодействие с протонами, электронами и другими проявлениями видимой и темной материи. Как и другие бозоны, кроме фотона, «частица бога» распадается очень быстро — она живет в среднем 0,1 зептосекунды (триллионных долей наносекунды).

Изучая следы этих распадов, группа Кусенко заметила, что поле Хиггса, благодаря особым свойствам "частицы бога", могло временно перейти в относительно нестабильное энергетическое состояние во время первого расширения Вселенной непосредственно после Большого взрыва. Кусенко и его коллеги предположили, что "сдвиги" поля во время этого периода жизни Вселенной могли послужить причиной появления неоднородностей в долях материи и антиматерии.

Руководствуясь этой идеей, авторы статьи провели массу расчетов и построили компьютерную модель будущей Вселенной, которая учитывала нестабильность поля Хиггса. По их расчетам, нет никаких физических препятствий для того, чтобы такой сценарий мог быть осуществлен во время рождения Вселенной.

При достаточно медленном снижении энергии поля Хиггса, оно начнет своеобразным образом "вибрировать", и направление первой, самой сильной такой вибрации определит то, какой тип материи будет населять Вселенную. Это произойдет потому, что в такой момент массы частиц и античастиц будут временно разными, из-за чего формирование одного типа из них будет резко замедленно.

Впоследствии поле Хиггса вернется на энергетическое "дно" и массы частиц выровняются, однако порожденная его колебаниями асимметрия в числе частиц материи и антиматерии останется навсегда, что мы, собственно, и наблюдаем сегодня, заключают физики.

0

6

Лекция Сергея Попова «Темное вещество: оно есть или его нет?»

0

7

То, что мы называем "материей" и "антиматерией", есть не что иное как два полных ведра на одном коромысле. При этом эти два ведра присутствуют в каждом атоме привычной нам материи. Смысл такого существования - поддержание стабильного состояния материи. Для пояснения принципа, можно взять за основу символы Инь и Янь - они неразлучны. Когда мы лабораторным, либо экспериментальным путем пытаемся получить содержимое одного символа или "ведра", то получаем либо ничтожно мало живущую частицу, либо атомный взрыв. Чистая антиматерия существует лишь в короткий миг перед высвобождением энергии Большого взрыва, когда в ядре Черной дыры создается критическая масса из нейтрино на которые распадается привычная нашему пониманию материя. К счастью современная цивилизация не в состоянии создать те величины которые возникают в ядре Черной дыры. Детям такие игрушки давать нельзя. С уважением Varan.

Отредактировано Varan (2018-11-20 12:31:28)

0


Вы здесь » Форум В шутку и всерьёз » Гранит науки » Антиматерия