Paaiškinimai: kas yra antimedžiaga?

Antimedžiaga (arba antimaterija – pasakymai tapatūs), buvo vienas iš nuostabiausių XX amžiaus fizikos atradimų. Kadangi ją išpopuliarino fantastikos rašytojai, tokie, kaip Danas Brownas, daugelis galvoja apie antimedžiagą kaip apie „anapusinę”, teorinę idėją – nežinodami, kad susiduria su ja kasdien. Be to, antimaterijos tyrimai iš tiesų padeda suprasti, kaip veikia visata.

Antimaterija yra medžiaga, sudaryta iš vadinamųjų

antidalelių. Manoma, kad

href="https://theconversation.com/explainer-what-are-

fundamental-particles-38339">kiekviena žinoma dalelė

turi antimedžiaginį kompanioną, kuris praktiškai

identiškas, tačiau jo elektrinis krūvis priešingas.

Pavyzdžiui, elektrono krūvis, kaip žinia, neigiamas. Jo

antidalelės – pozitrono – masė tokia pati, bet krūvis

teigiamas. Kai dalelė susitinka savo antidalelę, jos

viena kitą panaikina, anihiliuoja – išnyksta kaip

blyksnis šviesos.

Tokių dalelių egzistavimą pirmą

kartą numatė britų fizikas

href="https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirac">Paulis

Diracas

, bandydamas apjungti

href="https://theconversation.com/will-we-have-to-

rewrite-einsteins-theory-of-general-relativity-50057">dvi

didingas moderniosios fizikos pradžios idėjas

:

reliatyvumą ir kvantų mechaniką. Lig tol mokslininkus

glumino faktas, jog šios teorijos rodė, kad dalelės gali

turėti energijas, mažesnes už „rimties“ (t.y., kai nieko

nedaro). Tuo metu tai atrodė neįmanoma, nes tai reiškė,

kad energija gali būti neigiama.

Tuo tarpu Diracas,

suprato, jog lygtys rodo, kad dalelės užpildo visą tokių

mažesnių energijų „jūrą“ – kuri iki tol buvo nematoma

fizikams, nes jie žiūrėjo tik „virš paviršiaus”. Jis

įsivaizdavo, kad visi egzistuojantys „normalios”

energijos lygiai atstovauja „normalias“ daleles. Tačiau,

kai dalelė iššoka iš žemesniosios energijos būsenos, ji

atrodo kaip normali dalelė, tačiau palieka „skylę”, kuri

mums atrodo kaip keista veidrodinė dalelė – antimedžiaga.

Nežiūrint pradinio skepsio, greitai buvo rasti šių

dalelių–antidalelių porų pavyzdžiai. Pavyzdžiui, jos

sukuriamos, kai

href="http://home.cern/about/physics/cosmic-rays-

particles-outer-space">kosminiai spinduliai susiduria su

Žemės atmosfera

. Netgi yra duomenų, kad žaibų

energija sukuria

href="http://example.com/">antielektronus

, vadinamus

pozitronus. Antimedžiaga kuriama ir vykstant kai kuriems

radioaktyviems skilimams, šis procesas naudojamas

daugelyje ligoninių, Pozitronų emisijos tomografijos

(PET) skeneriuose, kuriais galima kurti tikslius žmogaus

vidaus atvaizdus. Didžiajame hadronų greitintuve (LHC)

vykstančiuose tyrimuose irgi gali susidaryti materija ir

antimaterija.

Medžiagos ir antimedžiagos

mįslė

Fizikai numato, kad materijos ir

antimaterijos turi būti sukuriama praktiškai po lygiai,

ir kad taip turėjo nutikti ir Didžiojo sprogimo metu. Be

to, manoma, kad daleles pakeitus jų antidalelėmis,

fizikos dėsniai turėtų veikti taip pat – šis santykis

href="http://www.symmetrymagazine.org/article/october-

2005/explain-it-in-60-seconds">vadinamas CP

simetrija

. Tačiau mūsų matoma visata, panašu, šių

dėsnių nepaiso. Ji sudaryta praktiškai vien iš materijos,

tad kur dingo visa antimaterija? Tai kol kas viena iš

didžiausių fizikos mįslių.

Eksperimentai parodė, kad vykstant kai kuriems radioaktyviojo skilimo procesams antidalelių ir dalelių susidaro ne po lygiai. Bet to nepakanka paaiškinti materijos ir antimaterijos neatitikimą visatoje. Taigi, fizikai, įskaitant ir mane, LHC, ATLAS, CMS ir LHCb, ir kiti, atlikdami eksperimentus su neutrinais, tokius, kaip T2K Japonijoje, ieško kitų šią mįslę galinčių išspręsti procesų.

 Roger Jones

Fi­zi­kos pro­fe­so­rius, de­par­ta­men­to va­do­vas Lan­kas­te­rio uni­ver­si­te­te

Kitos mokslininkų grupės, pavyzdžiui, Alpha Collaboration CERN tiria daug mažesnes energijas, aiškindamosi, ar antimaterijos savybės išties tokios pat, kaip materijos. Naujausi jų rezultatai rodo, kad antivandenilio atomas (sudarytas iš antiprotono ir antielektrono, kitaip, pozitrono) yra elektriškai neutralus bent vienos milijardosios elektrono krūvio dalies tikslumu. Drauge su kitais matavimais, tai implikuoja, kad pozitrono krūvis yra lygus ir priešingas elektrono krūviui didesniu nei vienos milijardosios dalies tikslumu – tai patvirtina spėjimus apie antimedžiagą.

Tačiau daug paslapčių dar lieka. Eksperimentais taip pat tiriama, ar gravitacija veikia antimateriją taip pat, kaip ir materiją. Jei pasirodys, kad simetrija čia netiksli, reikės iš esmės peržiūrėti visas fizikos žinias, nes tai paveiktų ne tik dalelių fiziką, bet ir mūsų supratimą apie gravitaciją ir reliatyvumą.

Taip eksperimentais su antimedžiaga naujai ir jaudinamai išbandome savo supratimą apie visatą. Kas žino, ką aptiksime?

Roger Jones
theconversation.com

Už temos pasiūlymą dėkojame skaitytojui Giedriui

▲.author_pic{width:136px;height:195px ;position:relative;background-color:#ecf0f3;color:black;background-image: url('http://t12.lt/CONVERSATION/autoriailogo.png');background-repeat: no-repeat;margin:0em}

   

Facebook komentarai