Космологија

Зашто је универзум направљен од материје, а не од антиматерије? Нови експеримент даје примамљив наговештај.

2024

Научници који гађају неутрине кроз Земљу могу учинили пристојан корак ка одговору на једно од најосновнијих и отежавајућих питања које нам је Универзум поставио: Зашто је све направљено од материје, а не од антиматерије?

Ох, знаш израз антиматерија . Основна тема научне фантастике, укључујући Звездане стазе , то је исто што и материја, али са супротним електричним набојем. Дакле, анти-електрон, назван позитрон, има потпуно иста својства као и електрон, али има позитиван електрични набој уместо негативног. Антипротон је попут протона, али са негативним набојем итд.

Још једно забавно својство антиматерије је да ако узмете честицу и њену античестицу и спојите их, ударите. Велики, велики прасак: Претварају се у чисту енергију. А. лот енергије. Да сам срео анти-Пхил-а и одлучили смо да играмо, експлодирали бисмо истом енергијом као и 3.500 нуклеарних бомби од једног мегатона .

Антиматерија није зло, али не желите да је спојите са материјом. Заслуге: Пхил Плаит

И то је проблем (осим упропаштавања рејва). Видите, према законима физике како их ми разумемо, када је Универзум био веома млад - стар само неколико минута - а његова температура је довољно опадала како се ширила , требало је створити једнаке количине материје и антиматерије.

Али да је то тачно, свака честица би наишла на своју античестицу, и ка блам . У космосу не би требало да постоји никаква материја или антиматерија. Сви би их уништили. Па ипак смо ту.

У стварности то двоје није било једнако. На сваких милијарду парова честица материја/антиматерија постојала је једна преостала честица материје. Не много, али довољно да се урачунају све галаксије, звезде, планете, људи и шоље чаја Еарл Греи које видимо данас након што су сви други парови уништени.

Али зашто? Зашто асиметрија?

Мора да су наши закони симетрије материје/антиматерије на неки начин прекршени, да антиматерија није баш тако као материја на неки начин. Али шта?

Научници су дуго трагали за овом асиметријом . Детаљна физика је занимљива - постоји фантастично објашњење за ово на експерименталној локацији ДАЕδАЛУС - али не треба вам све то да бисте разумели следећи део, што научници раде да га пронађу.

килл ла килл здраворазумски медији

У реду, идемо овде на секунду. Постоји још једна врста субатомских честица која се зове неутрино. Има много чудних својстава, попут могућности проласка кроз много нормалне материје као да је нема; само нема много интеракције са материјом. Мало, али не много. Такође долазе у три различита укуса, који се називају мионски, електронски и тау неутрини. Једна врста неутрина може се спонтано трансформисати у другу врсту док путује кроз свемир.

Разлог због којег их овде спомињем је тај што када прођете кроз невероватно сложене једначине које управљају неутринима и њиховим еквивалентима антиматерије, нађете наговештај да они можда не делују исто. Можда постоји асиметрија, па су ту научници усредсредили своје напоре.

И овде долазимо до веома занимљивог дела: Научници са сарадња Т2К управо најавио можда су измерили ово кршење симетрије у неутринима . Резултати нису солидни, али су врло занимљиви.

Експеримент укључује стварање снопа муонских неутрина и испаљивање из јапанског истраживачког комплекса протонских акцелератора (ЈПАРЦ) кроз чврсту Земљу удаљену 295 километара до неутринског детектора Супер-Камиоканде.

То чине убрзавањем протона у узорак угљеника, који затим избацује мионске неутрине у снопу који је усмерен на Супер-Камиоканде. Кад тамо стигну милисекунду касније (!!), врло, врло мали број ових неутрина ће ударити атом у 50.000 тона врхунски чисте воде ускладиштене у резервоару и створити муон, још једну врсту честица. Међутим, већина неутрина пролази право кроз њих, па је потребно 20 година да се угљен угаси протонима да би се добили резултати.

Али неки од њих мењају укус, постајући електрон неутрина за то кратко време пре него што стигну до резервоара за воду. Када се то догоди, они ударају у атоме у резервоару и стварају електрон уместо миона.

Такође, ЈПАРЦ може створити муон анти и неутрини. Иста ствар се дешава: Неки праве мионе у резервоару, а неки се претварају у електронске антинеутрине и стварају електроне.

Проналажење антиматерије је лако ако знате трагове које треба тражити. Заслуге: Схуттерстоцк / Пхил Плаит

Ако симетрија материја/антиматерија важи, онда би однос муона према електронима које генеришу неутрини требало да буде исти као код антинеутрина. Али оно што су открили је да се чини да је тај однос другачији! Чини се да се мионски неутрини претварају у електронске неутрине више него њихови колеге из антиматерије.

Врло велика, ако је истина.

Да ли закони физике разликују материју од антиматерије? Овај експеримент наговештава да је одговор потврдан. Проблем је што није коначан. Златни стандард је тај што, статистички, имате 99,7% поверења у резултат (који се назива стандардом од 5 сигма). Овај резултат има мали број резултата, што даје статистичку сигурност од 'само' 95% (3 сигме). То је врло провокативно, али није конкретно и не може се још назвати открићем.

Ох, али јесте соооо мучно.

У ђаволским једначинама које управљају понашањем неутрина које се тестира налази се параметар који се назива делта-ЦП; ако постоји разлика између материје и антиматерије то је у том броју. У теорији може попримити много вредности, али чини се да овај експеримент искључује око половину њих у пракси. То сужава управо оно што научници треба да погледају у једначине како би видели како се Универзум понаша, зашто више воли материју него антиматерију. Потребно је још много рада, али чини се да ови резултати барем указују на правац у којем треба ићи, што је више него што смо имали раније.

Вотсонови иду на бирмингемску смотру

И хеј: На путу разумевања праведног зашто космос воли једну врсту честица над другом, могли бисмо то схватити како да би једно преко другог. И ко зна куда ћемо смело ићи?