Античастинки, антиречовина



ФІЗИКА

Частина 6 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

Розділ 18 ФІЗИКА ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

18.6. Античастинки, антиречовина

Одне з найважливіших досягнень сучасної фізики – відкриття особливої симетрії природи, яка полягає в тому, що в кожної частинки речовини існує “двійник” – античастинка. Вона має ту саму масу і спін, але протилежний знак електричного та інших характерних зарядів. На існування в природі такої симетрії вперше вказав (1928 р.) П. Дірак.

Першою відкритою античастинкою був позитрон (антиелектрон),

виявлений 1932 р. у складі космічного випромінювання. Через більш ніж двадцять років в експериментах на прискорювачах високих енергій були відкриті антипротон і антинейтрон. Потім на прискорювачах вдалося спостерігати велику групу нестабільних частинок – антигіперонів. Зокрема, одна з таких частинок – анти-сигма-мінус-гіперон – була відкрита на синхрофазотроні в ОІЯД м. Дубни. Античастинки можуть народжуватися лише в парі зі своїм двійником – звичайною частинкою. Енергія, що витрачається на утворення пари частинки – античастинки, дорівнює 2mс2, де m – маса частинки. Наприклад, у разі народження
пари електрон – позитрон витрачається енергія 1,02 МеВ.

Усі ці античастинки належать до класу елементарних частинок. Із теоретичних уявлень випливає, що поряд з елементарними античастинками мають існувати їхні складові системи – антиядра, складовими елементами яких є антипротони і антинейтрони. Більше того, атому кожного хімічного елемента таблиці Д. І. Менделєєва відповідають атоми антиелементів, що складаються з антиядер і антиелектронів (позитронів). Отже, поряд з будь-якою хімічною сполукою звичайної речовини можуть існувати аналогічні хімічні сполуки, побудовані з атомів антиречовини. Інакше кажучи, сучасна теорія припускає, що у Всесвіті можуть існувати ділянки з антиречовиною. Вони відрізняються від звичайної речовини лише тим, що замість електронної оболонки “звичайних” атомів в “антиатомах” оболонка складається з позитронів, а замість атомних ядер містяться відповідні антиядра.

Характерною особливістю взаємодії частинок з античастинками є те, що при зіткненні вони можуть анігілювати, точніше перетворюватись у випромінювання або в частинки меншої маси. Так, позитрон, зіткнувшись з електроном, може перетворитися в два або три γ-кванти (див. підрозділ 17.12), антипротон при зіткненні з протоном – у кілька мезонів, які потім або поглинаються речовиною, або розпадаються. Через реакцію анігіляції “антиречовина” не може стабільно існувати разом із речовиною. В такій “суміші” неперервно знищувалися б частинки і античастинки доти, доки один з її компонентів повністю не “вигорів” би. Оскільки при анігіляції виділяється значна енергія, суміш речовини і антиречовини становить “ідеальне” паливо максимально можливої калорійності. Воно приблизно в тисячу разів калорійніше від палива на основі ядерного поділу. Внаслідок великого енерговиділення при анігіляції речовини і антиречовини гіпотеза існування “антисвітів” (тобто ділянок, що складаються з антиречовини) часто використовувалась астрофізиками для пояснення незрозумілих потужних джерел випромінювання у Всесвіті.

Із введенням в експлуатацію потужних прискорювачів елементарних частинок на енергію в десятки мільярдів електрон-вольтів істотно розширились можливості експериментального вивчення антиречовини. Справа в тому, що для народження античастинок при зіткненні частинок високої енергії важливо, щоб енергія бомбардуючої частинки була досить великою. Наприклад, реальна можливість спостережень антипротонів з’явилась тоді, коли було споруджено прискорювачі протонів до енергій 6… 10 ГеВ. На прискорювачі, розрахованому на енергії близько 30 ГеВ, було виявлено антидейтерій.

Перше антиядро-антидейтрон одержали 1965 р. американські фізики під керівництвом Л. Ледермана. Можливість же спостерігати антиядро наступного за гідрогеном елемента таблиці Д. І. Менделєєва – гелію відкрилась, по суті, тільки з введенням в експлуатацію Серпухівського прискорювача протонів з максимальною енергією 76 ГеВ. Ядро антигелію складається з двох антипротонів і одного антинейтрона.

Труднощі, які виникли перед експериментаторами, полягали у тому, що ядра антигелію потрібно було шукати серед великої кількості інших частинок, які утворюються при зіткненні частинок високих енергій. їх виділяли з маси інших частинок одночасно за кількома ознаками, зокрема за електричним зарядом, швидкістю руху частинок, які визначались різними методами. Це дало змогу надійно зареєструвати ядра антигелію. За час вимірювання через експериментальну установку було пропущено понад 2 ∙ 1011 частинок, серед яких виявилося п’ять ядер антигелію. Відкриття ядер антигелію має велике принципове значення, оскільки воно підтверджує теоретичну концепцію існування антиречовини. А це, у свою чергу, сприятиме глибокому розумінню процесів, які відбуваються у Всесвіті, а також його еволюції.

Якби були можливими накопичення антиречовини, то процеси, які в них можуть відбуватися, не відрізнялись би від тих, що існують у звичайній речовині. Таке накопичення антиречовини, яке за своїми масштабами еквівалентне, наприклад, галактиці, можна назвати антигалактикою.

Можна припустити, що поряд з галактиками існують антигалак – тики. При зіткненні антигалактик із звичайними космічними утвореннями мають відбуватися грандіозні катастрофи у Всесвіті, які супроводжуються грандіозними вибухами з виділенням величезної кількості випромінювання. Можливо, що цими процесами можна пояснити спалахи нових зірок та інші космічні явища.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Текст з диэприкмитниковими зворотами.
Ви зараз читаєте: Античастинки, антиречовина