Ученые впервые измерили силу взаимодействия между частицами антивещества

7 905 просмотров
Об авторе

Физика

«Большой Взрыв — начало Вселенной — произвел вещество и антивещество в равных количествах. Но наш нынешний мир на это не похож. Антивещество чрезвычайно редкое. Это огромная загадка, — говорит Айхон Тан, физик из Брухейвена, участвующий в анализе данных, собранных детектором STAR коллайдера релятивистских ионов (RHIC). — И хотя эта загадка была известна десятилетиями, она и по сей день остается одной из крупнейших проблем науки, возникало мало догадок на эту тему. Все, что мы узнаем о природе антивещества, может теоретически внести вклад в разрешение этой задачи».

Вглядываясь в осколки столкновений частиц, которые воссоздают условия очень ранней Вселенной, ученые впервые измерили силу взаимодействия между парами антипротонов. Подобно силе, которая удерживает обычные протоны вместе в ядрах атомов, сила между антипротонами притягательная и мощная.

Эксперименты проводились на ускорителе RHIC при содействии Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, в рамках исследований ядерной физики. Выводы, опубликованные в журнале Nature, могут пролить свет на более крупные кусочки антиматерии, включая ядра антиматерии, ранее обнаруженные на RHIC, и помочь ученым ответить на один из крупнейших вопросов в науке: почему в мире практически нет антивещества.

STAR

RHIC — идеальное место для исследования антивещества, поскольку это одно из немногих мест на Земле, где можно создать эту редкость в достаточном количестве. Делается это за счет столкновения ядер тяжелых атомов вроде золота между собой почти на скорости света. Эти столкновения производят условия, крайне похожие на те, что царили во Вселенной микросекунды спустя после Большого Взрыва — при температуре в 250 000 раз выше, чем в центре Солнца, когда все было заключено в размеры единственного атомного ядра. Эта энергия, упакованная в крошечное пространство, создает плазму из фундаментальных строительных блоков материи, кварков и глюонов, и тысячи новых частиц — материи и антиматерии, в равных количествах.

«Мы воспользовались возможностью произвести достаточно количество антивещества, чтобы провести это исследование», — говорит Тан.

Группа STAR ранее уже выявляла и изучала редкие формы антиматерии — включая анти-альфа-частицы, крупнейшие ядра антиматерии, которые когда-либо создавались в лаборатории, каждое состоящее из двух антипротонов и двух антинейтронов. Эти эксперименты дали некоторое понимание того, как антипротоны взаимодействуют в таких крупных составных объектах. Но в том случае «сила между антипротонами является совокупностью взаимодействий со всеми другими частицами», говорит Тан. «Мы хотели изучить простое взаимодействие несвязанных антипротонов, чтобы получить чистый вид этой силы».

Чтобы сделать это, они искали в данных золото-золотых столкновений в STAR пары антипротонов, которые были достаточно близко, чтобы взаимодействовать, когда выходили из огненного шара изначального столкновения.

«Мы видим, как множество протонов, основных строительных блоков обычных атомов, выходит наружу, и видим почти такое же число антипротонов, — говорит Чжэньквяо Чжан, аспирант группы профессора Ю-Ганг Ма из Института прикладной физики Шанхая при Китайской академии наук, работающей под руководством Тана в Брукхейвене. — Антипротоны выглядят подобно знакомым нам протонам, но поскольку являются антивещество, их заряд не положительный, а отрицательный, поэтому они искривляются противоположным образом в магнитном поле детектора».

Плазма

«Глядя на те, которые ударяются между собой в детекторе, мы можем измерить корреляции в определенных свойствах, которые дают нам представления о взаимодействии между парой антипротонов, включая его силу и диапазон, в котором оно проявляется», — добавляет он.

Ученые обнаружили, что сила, действующая между парами антипротонов, притягивает, подобно сильному ядерному взаимодействию, которое удерживает обычные атомы вместе. Учитывая то, что они уже обнаружили связанные состояния антипротонов и антинейтронов — ядер антивещества — это неудивительно. Когда антипротоны находятся близко друг к другу, сильное взаимодействие преодолевает тенденцию одинаково (отрицательно) заряженных частиц отталкивать друг друга подобно тому, как позволяет положительно заряженным протонам связываться в ядре обычного атома.

На самом деле, эти измерения не показывают разницу между материей и антиматерией касательно поведения сильного взаимодействия. То есть, в пределах точности этих измерений, вещество и антивещество кажутся совершенно симметричными. Это означает, что по крайней мере с точностью, которой удалось достичь ученым, можно утверждать, что асимметричными причудами сильного взаимодействия нельзя объяснить превалирующее количество вещества во Вселенной и отсутствие в ней антивещества.

Но ученые отмечают, что мы не узнали бы этого, если бы не провели эксперименты.

«Есть много способов проверить асимметрию вещества/антивещества, и есть более точные тесты, но в дополнение к точности важно проверить ее качественно различными способами. Этот эксперимент представляет собой качественно новый тест», — говорит Ричард Ледницкий, ученый STAR из Объединенного института ядерных исследований в г. Дубна при Чешской академии наук.

«Успешная реализация методики, используемой в этом анализе, открывает захватывающие возможности для изучения деталей сильного взаимодействия между другими обильно производимыми видами частиц», — говорит он, отмечая, что RHIC и БАК прекрасно подходят для таких измерений, которые сложно провести другими способами.

Ученые впервые измерили силу взаимодействия между частицами антивещества

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

29 комментариев

  1. heh

    Есть кто-нибудь компетентный? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. Webvopli

    Нужно много чего прочитать. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. beokill

    Я вот не пойму, с чего они взяли, что вещество было в одинаковой пропорции?
    Когда это теория большого взрыва превратилась в аксиому?
    Все эти теории и рассуждения притянуты за уши, точно так же когда то говорили про землю на трёх слонах и т.д Бред, честное слово. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • loijeje

      Вещество одно, только половина его находится в "кентурии" а вторая в "антикентурии" и поэтому все импульсы в глобальном процессе уравновешенны, ведь пространство вселенной хитро свёрнуто в геликоид.

    • eugenk

      Ну, хотя бы потому, Уважаемый, что во всех экспериментах с элементарными частицами частицы и античастицы рождаются в одинаковых количествах.
      Считается , что это следует из закона сохранения зарядов (электического, барионного и лептонного)

      • beokill

        Я не изъявляю желания спорить с Вами, но согласитесь. Как можно делать Выводы, располагая квадрилионной долей процента информации, об объекте или процессе...
        Как я уже писал Выше, совсем недавно солнце и остальная вселенная - вращались вокруг земли и сие считали фактом, основываясь на том, что видят глаза. Сейчас ситуация не сильно отличается, но аргументами уже выступают эксперименты.... Через каких нибудь 500 лет, новые поколения так же будут покачивать головами, непонимая как мы могли в такой "бред" верить. Я лишь к тому все написал, что все эти умозаключения ученых не достовернее гадания на чайной гуще и лишь предположения, далекие от истины.
        Извиняюсь за орфографию, пишу с телефона и в дороге, очень неудобно что либо редактировать. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • loijeje

        И не рождаются-время"жизни""частицы" это время необходимое для приведения недопустимой конфигурации континиума в соответствие законам природы.

        • eugenk

          Если не трудно поясните Ваше замечание

          • loijeje

            Динамические параметры короткоживущих частиц не соответствуют физикоматематическим условиям континиума. Их время жизни-время необходимое континиуму для приведения динамики в соответствие своей физикоматематической основе.Нуклоны и электрон соответствуют.

  4. appleip7

    Будет реклама удалю приложение на..уй! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. botancik

    теория "большого взрыва" хм они знают что только был взрыв.... неболее.... остальное как и взрыв "предполжение" .... это ряль (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  6. botancik

    после взаимодействия темной материи. теория большого взрыва становится чистой "теорией" не более (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  7. deepresss

    И да, нам нужно еще золота для экспериментов! :) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  8. Ce3apyc

    Хотите очередную теорию заговора?;)
    Ученые математики в сговоре с учеными физиками уже давно раскрыли все тайны бытия. Истина оказалась настолько простой в понимании и такой далекой от всего, что слышат и читают сейчас не "посвященные", но не имеющей практического применения, что принятие ее в такой форме не позволило бы ученым и дальше зарабатывать себе на хлеб. Поэтому, по негласному сговору они продолжают "придерживаться" "стандартной" модели, дабы никого из них не уволили за ненадобностью;)
    Шутка, конечно. Но, если ты плоский рисунок на бумаге, то хоть ты выгнись, хоть сложись в коробочку, хоть порвись, или свернись в трубочку, ты никогда не сможешь понять, что такое объем;)

  9. Webvopli
  10. Gidan

    "Когда антипротоны находятся близко друг к другу, сильное взаимодействие преодолевает тенденцию одинаково (отрицательно) заряженных частиц отталкивать друг друга подобно тому, как позволяет положительно заряженным протонам связываться в ядре обычного атома"

    Ну и как тут не задуматься, что сильное взаимодействие - это гравитация на микроскопическом уровне, что электрон(позитрон) - это элементарные кванты гравитации, которые образуют нуклоны, которые в свою очередь образуют ядра атомов и всё во Вселенной построено на основе одного свойства вещества - гравитации.
    Формула Ньютона была подогнана под движение планет вокруг Солнца, и спутников вокруг планет - это то что было очевидно для нас. Сейчас, в процессе всё более точных экспериментов, становится очевидным то, что Эффект Казимира, Ван-Дер-Ваальсово притяжение и глюоны - это просто белиберда, а в основе всего лежит гравитация с её разными формулами для нашего мира, микромира и мегамира. В принципе это будет единая формула, график которой будет напоминать разомкнутую латинскую S, а формула Ньютона будет находиться в середине графика, как частный случай.
    Вопрос стоит только так - кто первым об этом громко заявит?

    • Vladimir8

      Проблема в частице - переносчике силы и в экспериментах БАК. Вы сказали, что сильное взаимодействие является базой для гравитации (электроны либо являются гравитацией на уровне микромира или прямо влияют на нее). Но на данный момент доказано что гравитация зависит от взаимодействия материи с полем Хиггса а не количеством электронов в материи и т.д. Т.е. переносчик гравитации - бозон Хиггса. Уберете поле не будет гравитации. Вам же и вопрос - как вы сделаете свой общий график-формулу гравитации если сами сказали что законы и формулы разные для микро и макро?

      • eugenk

        Уважаемый Владимир! Я думаю, что все эти утверждения очень спорные, так как Бозон Хиггса отвечает за массу, но масса еще не все-еще есть константа гравитационного взаимодействия. Все утверждения о БХ еще не очень четко сформулированы.
        А все разговоры о главенстве гравитации - они интересны , но пока не более чем сотрясение воздуха.
        Тем более когда великие Специалисты зачем-то связывают глюоны, Силы Казимира и Вандерваальсовские силы, которые фактически ответственны за химические взаимодействия (часть) и являются реальными взаимодействиями

      • Gidan

        Как правильно отметил EUGENK: " Бозон Хиггса отвечает за массу". Так как масса тела проявляется только при ускорении тела (как сопротивление ускорению в среде), было придумано поле Хиггса. По сути, поле Хиггса это эрзац эфира, который так некстати когда-то отменили...
        Переносчика гравитации нет, потому что гравитация является свойством частицы и чем ближе к центру частицы, тем быстрее увеличивается сила притяжения. Естественно, что на некотором, достаточно большом расстоянии (для частиц это возможно нанометры, а для галактик - световые годы) влияние гравитации частицы должно исчезнуть полностью. То есть частицы обладают некоторыми грависферами, которые складываются при образовании больших тел и формируют единую огромную грависферу планеты, или звезды... Чем больше частиц в данном теле, тем больше гравитация данного тела.
        Когда говорят о гравитации, то скромно останавливаются на поверхности Земли, а между тем в центре планеты собираются наиболее тяжелые элементы, что означает продолжение свободного падения в теле Земли, благодаря которому происходит сортировка по плотности, что доказывает наличие грависфер у планет. И не на Землю падают предметы, а в центр её грависферы, который правда совпадает с центром Земли. Именно поэтому не наблюдается притяжения отвесов массивными строениями, горами и пр.

  11. botancik

    помимо многих теорий. разсмотрите такую:
    мы сканируем все вокруг в поисках того или инного. но как факт волна которую отправляем в далекий космос (чаще всего взаимодействует) и при выходе из нашей солнечной она может менятся. на сколько она сильна становится при выходе из нашей солнечной? не изключайте нетрино. и как или каким монстром она стать на конечной точке. ведь в большенстве они полжительно заряженые а значит после солнечной они слегка могут потежелеть и поднабрать мощи. все что движется или набирает энергию (да по земным законам - теряет) но это за солнечной и это космос нельзя исключать тот факт что может и наберать.
    что вы об этом думаете? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  12. Vladimir8

    Вообще то мы больше пассивно изучаем волны - принимаем э/м волны на детекторы.
    Но в ваших словах есть какой то смысл - почти все виды регистрируемых нами э/м волн искажены- так или иначе они взаимодействут с различными магнитными полями и гравитацией. Мы в принципе "видим" частично искаженное элетромагнитное излучение. Наверное самое "чистое" излучение это нейтрино. Но думаю это неважно.

  13. eugenk

    Автору заметки нужно быть более корректным в выражениях. Складывается впечатление, что он не физик (что удивительно так как комментирует информацию, которая относится к фундаментальным взаимодействиям).Например, "Ученые обнаружили, что сила, действующая между парами антипротонов, притягивает, подобно сильному ядерному взаимодействию, которое удерживает обычные атомы вместе".
    Атомы вместе удерживает совсем не сильное ядерное взаимодействие.
    Сильное ядерное взаимодействие - это взаимодействие между барионами (протонами, нейтронами) между протонами и мезонами и т.д. Слабое - между лептонами (электронами и мю-мезонами).
    Кроме этого между двумя протонами (антипротонами) существует кулоновское взаимодействие и гравитационное.
    -см Википедия.
    Ну а многим комментаторам нужно тоже осторожнее излагать свои глубокие мысли, поскольку надо быть специалистом чтобы серьезно рассуждать об этих проблемах.
    Да, эти исследования в настоящее время не дают ничего так сказать народному хозяйству, в отличии , скажем от физике деления ядер и нейтронной физики, которые легли в основу атомной энергетики, но наука должна развиваться, а эти исследования (в частности БАК) стоят значительно дешевле чем то, что тратится на войну

  14. VanChello

    Нужны администраторы групп ВКонтакте. Зарплата 270 рублей в час. График посменный 4 часа в сутки. Выплаты еженедельно. Обязанности - удалять сообщения, которые нарушают правила группы. http://info-a.info/msn/vacancy.php

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.