Antimateri seperti substansi dalam segala hal. Mereka dibentuk secara bersamaan dan dari satu sumber. Akibatnya, ada banyak, dan praktis tidak ada yang lain. Pasti ada penjelasan untuk ini.
Segala sesuatu yang berhubungan dengan kita dalam hidup kita terbuat dari materi. Cawan yang kita pegang di tangan kita terdiri dari molekul, molekul - atom, atom, bertentangan dengan namanya ("atom" dalam bahasa Yunani berarti "tak terpisahkan") - elektron, proton dan neutron. Dua yang terakhir disebut "baryon" oleh para ilmuwan. Mereka dapat dibagi lebih jauh, menjadi quark, dan mungkin lebih jauh lagi, tetapi untuk saat ini kita akan membahas ini. Bersama-sama mereka membentuk materi.
Seperti yang diketahui semua pembaca kami, materi memiliki antipode - antimateri. Ketika mereka bersentuhan, mereka memusnahkan dengan melepaskan energi yang sangat besar - mereka memusnahkan. Menurut perhitungan fisikawan, sepotong antimateri seukuran batu bata yang menghantam Bumi dapat menyebabkan efek yang mirip dengan ledakan bom hidrogen. Dalam semua hal lain, antipodanya serupa: antimateri memiliki massa, hukum fisika berlaku penuh padanya, tetapi muatan listriknya berlawanan. Untuk antiproton bernilai negatif, dan untuk positron (antielektron) bernilai positif. Dan juga antimateri praktis tidak terjadi pada realitas di sekitar kita.
Pencarian antimateri
Atau di suatu tempat di sana? Tidak ada yang mustahil dalam asumsi seperti itu, tetapi kita hidup di dunia, meskipun kita tidak bisa bersalaman dengan antipoda kita. Mungkin saja mereka juga tinggal di suatu tempat.
Mungkin semua galaksi yang diamati saat ini terdiri dari materi biasa. Jika tidak, batas mereka akan menjadi zona penghancuran yang hampir terus menerus dengan materi di sekitarnya, itu akan terlihat dari jauh. Observatorium bumi akan mencatat kuanta energi yang terbentuk selama pemusnahan. Sampai ini terjadi.
Bukti keberadaan antimateri dalam jumlah yang terlihat di Alam Semesta bisa jadi adalah penemuan di suatu tempat di luar angkasa (di Bumi, karena kepadatan materi yang tinggi, jelas tidak berguna untuk mencari inti antihelium). Dua antiproton, dua antineutron. Antipartikel yang membentuk inti semacam itu secara teratur diproduksi selama tumbukan partikel berenergi tinggi dalam akselerator terestrial dan secara alami ketika materi dibombardir oleh sinar kosmik. Penemuan mereka tidak memberi tahu kita apa pun. Tetapi antihelium dapat terbentuk dengan cara yang sama jika empat partikel penyusunnya lahir secara bersamaan di satu tempat. Ini tidak bisa disebut sama sekali tidak mungkin, tetapi peristiwa seperti itu di seluruh Semesta terjadi sekitar sekali setiap lima belas miliar tahun, yang sangat sebanding dengan waktu keberadaannya.
Video promosi:
Persiapan peluncuran balon dengan detektor partikel luar angkasa sebagai bagian dari percobaan BESS. Detektor terlihat di latar depan dan memiliki berat 3 ton. / & copy; i.wp-b.com
Oleh karena itu, deteksi antihelium dapat dianggap, jika bukan sebagai salam dari antipoda, maka sebagai bukti bahwa di suatu tempat di kedalaman ruang angkasa, sepotong antimateri dengan ukuran yang layak mengambang. Jadi terbang dari sana.
Sayangnya, upaya berulang kali untuk mencari antihelium di lapisan atas atmosfer bumi atau pendekatannya belum membuahkan hasil. Tentu saja, ini adalah kasus ketika "tidak adanya jejak mesiu di tangan tidak membuktikan apa-apa." Mungkin saja itu sangat jauh untuk terbang (dalam urutan miliaran tahun cahaya), dan masuk ke detektor kecil di planet kecil bahkan lebih sulit. Dan yang pasti, jika detektor lebih sensitif (dan lebih mahal), peluang keberhasilan kita akan lebih tinggi.
Anti-bintang, jika kebetulan berada di alam, dalam proses reaksi termonuklir akan menghasilkan fluks antineutrino yang sama, seperti bintang biasa - fluks antipodanya. Antineutrino yang sama harus dibentuk selama ledakan antisupernova. Sejauh ini, tidak satu pun atau yang lainnya telah ditemukan, tetapi perlu dicatat bahwa astronomi neutrino pada umumnya mengambil langkah pertama.
Detektor Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanada. / & copy; squarespace.com
Bagaimanapun, kami belum memiliki informasi yang dapat dipercaya tentang keberadaan sejumlah besar antimateri di Alam Semesta.
Ini baik dan buruk pada saat bersamaan. Itu buruk karena, menurut konsep modern, pada saat-saat pertama setelah Big Bang, materi dan antimateri terbentuk. Selanjutnya, mereka musnah, menimbulkan radiasi kosmik peninggalan. Jumlah foton di dalamnya sangat besar, sekitar satu miliar kali lebih besar dari jumlah baryon (yaitu proton dan neutron) di alam semesta. Dengan kata lain, kadang-kadang, pada permulaan waktu, zat di alam semesta ternyata satu miliar lebih banyak dari antimateri. Kemudian semua yang "tidak berguna" menghilang, dimusnahkan, dan satu miliar bagian tersisa. Hasilnya adalah apa yang disebut asimetri baryon dalam literatur khusus.
Bagi fisikawan, ketidakseimbangan adalah masalah karena harus dijelaskan. Setidaknya dalam kasus objek yang dalam semua hal lain berperilaku simetris.
Tetapi bagi kami (termasuk fisikawan) ini bagus, karena dengan jumlah materi dan antimateri yang sama, pemusnahan total akan terjadi, alam semesta akan kosong, dan tidak akan ada yang bertanya.
Persyaratan Sakharov
Ilmuwan menyadari adanya masalah kosmologis yang besar di sekitar pertengahan abad ke-20. Kondisi di mana alam semesta menjadi seperti yang kita lihat dirumuskan oleh Andrei Sakharov pada tahun 1967 dan sejak itu telah menjadi "tempat umum" dari literatur tematik, setidaknya dalam bahasa Rusia dan Inggris. Dalam bentuk yang sangat disederhanakan, mereka terlihat seperti ini.
Pertama, dalam beberapa kondisi, yang mungkin ada di alam semesta awal, hukum fisika masih bekerja secara berbeda untuk materi dan antimateri.
Kedua, dalam hal ini bilangan baryon tidak boleh kekal, yaitu jumlah baryon setelah reaksi tidak sama dengan bilangan sebelumnya.
Ketiga, proses tersebut harus berlangsung secara eksplosif, yaitu harus non-ekuilibrium. Ini penting, karena dalam kesetimbangan konsentrasi zat cenderung sama, dan kita perlu mendapatkan sesuatu yang berbeda.
A. D. Sakharov, akhir 1960-an. / & copy; thematicnews.com
Di sinilah bagian penjelasan yang diterima secara umum berakhir, dan kemudian hipotesis berkuasa dalam setengah abad. Yang paling otoritatif saat ini menghubungkan insiden itu dengan interaksi elektro-lemah. Mari kita lihat dia lebih dekat.
Ruang mendidih
Untuk menjelaskan apa yang terjadi pada materi kita, kita harus memaksakan imajinasi kita dan membayangkan bahwa ada bidang tertentu di Semesta. Kita belum tahu apa-apa tentang keberadaan dan sifat-sifatnya, kecuali bahwa ia terkait dengan distribusi materi dan antimateri di ruang angkasa dan sampai batas tertentu mirip dengan suhu yang biasa kita alami, khususnya, dapat mengambil nilai yang semakin besar, hingga tingkat tertentu yang dapat disamakan. titik didih.
Awalnya, materi di alam semesta berada dalam keadaan campuran. Di sekitar sangat "panas" - tanda kutip dapat dihilangkan di sini, karena suhu biasanya juga sangat tinggi, tetapi kita berbicara tentang analogi khayalannya. Analog ini "mendidih" - nilai maksimum.
Saat ruang mengembang, "tetesan" mulai mengembun dari "uap" awal, di mana ia menjadi "lebih dingin". Sejauh ini, semuanya terlihat persis sama dengan air - jika uap superheated berada di dalam bejana, yang volumenya meningkat cukup cepat, maka pendinginan adiabatik terjadi. Jika cukup kuat, sebagian air akan keluar sebagai cairan.
Air terkondensasi dari uap. / & copy; 3.bp.blogspot.com
Hal serupa terjadi dengan materi di luar angkasa. Dengan bertambahnya volume alam semesta, jumlah dan ukuran "tetesan" meningkat. Tapi kemudian sesuatu dimulai yang tidak memiliki analogi di dunia yang biasa kita gunakan.
Kondisi penetrasi partikel dan antipartikel ke dalam "tetesan" tidak sama, lebih mudah bagi partikel untuk melakukan ini. Akibatnya, kesetaraan konsentrasi awal dilanggar, dalam "cairan" terkondensasi ada lebih banyak zat, dan dalam "fase didih" - antipodanya. Dalam hal ini, jumlah baryon tetap tidak berubah.
Dan kemudian, dalam "fase didih", efek kuantum dari interaksi medan elektro-lemah mulai beroperasi, yang, tampaknya, seharusnya tidak mengubah jumlah baryon, tetapi pada kenyataannya menyamakan jumlah partikel dan antipartikel. Sebenarnya, proses ini juga terjadi di "tetes", tetapi di sana kurang efektif. Dengan demikian, jumlah antipartikel berkurang. Ini ditulis secara singkat dan, tentu saja, sangat disederhanakan, pada kenyataannya, semuanya jauh lebih menarik, tetapi kita tidak akan membahas teori yang mendalam sekarang.
Dua efek ternyata menjadi kunci untuk menjelaskan situasi tersebut. Anomali kuantum dari interaksi elektroweak adalah fakta yang diamati, ditemukan kembali pada tahun 1976. Perbedaan probabilitas partikel menembus ke zona kondensasi adalah fakta yang dihitung dan, oleh karena itu, bersifat hipotesis. Bidang itu sendiri, yang "mendidih" dan kemudian mendingin, belum terdeteksi. Saat pembentukan teori, diasumsikan bahwa ini adalah medan Higgs, namun setelah ditemukannya boson yang terkenal ternyata tidak ada sangkut pautnya dengan itu. Sangat mungkin pembukaannya masih menunggu di sayap. Atau mungkin tidak - dan kemudian para kosmolog harus menemukan penjelasan lain. Alam semesta telah menunggu ini selama lima belas miliar tahun, bisa menunggu yang lain.
Sergey Sysoev
