Речовина і антиречовину (антон Данилець)

Вступ
Чи є типовим для Всесвіту то стан речовини, яке існує на нашій планеті і в її околицях? «Наші» атоми складаються з нуклонів - протонів, заряджених позитивно, нейтральних частинок - нейтронів, упакованих в ядра, і негативних електронів, розташованих на зовнішніх оболонках навколо ядра. Речовини з антиатомів поблизу нас - немає. Однак, сумнів у винятковості нашого матеріального світу зародилися після передбачення англійця П. Дірака про можливість існування електрона з позитивним зарядом. Така частка - позитрон - дійсно був відкритий в 1932 р в експериментах К. Андерсона з космічними променями в камері Вільсона. За це відкриття К. Андерсон отримав Нобелівську премію.
До К. Андерсона позитрони бачив в камері Вільсона Д. Скобельцин в кінці 30-х.
Треба відзначити, що «вивчення космічних променів в середині ХХ століття супроводжувалося феєрверком відкриттів нових елементарних частинок. У 1936 р були відкриті мюон - мю-мезон (-) і його античастинка - +, а в 1947 р - негативний і позитивний півонії (+, -).
Потім, уже на прискорювачах, в 1955 р і 1956 р були виявлені негативні «цеглинки» ядра - Антипротон і антинейтрон. Ну, а зараз ми знаємо, що практично у всіх відомих частинок є їх античастинки.
Розвиток науки і почалося освоєння Космосу вимагає від нас зараз ще більших зусиллі в області досліджень речовини і антиречовини, а також особливостей їх взаємодії.
1. Речовина і антиречовину: поняття та взаємодія
З панували до середини 60-х років уявлень у фізиці елементарних частинок про еквівалентність ядерних взаємодій між нуклонами (протонами і нейтронами) і антинуклонами (антипротонами і антинейтрона) слід існування ядер з антінуклонов - антіядер - цеглинок, з яких складається антиречовину.
Речовина і антиречовину не можуть існувати разом - вони анігілюють.
«Взаємодія електронів і позитронів призводить до утворення гамма-квантів, а нуклонів і антінуклонов - до утворення нейтральних піонів (0). Ці частинки нестабільні і розпадаються на гамма-кванти з досить значною енергією - більше 70 МеВ ».
Античастинки мають всі властивості частинок (з урахуванням їх дзеркальності) і здатні на все, на що здатні частинки.
Якщо протони і нейтрони можуть об'єднуватися, утворюючи атомні ядра, то ніщо не заважає антипротонів і антинейтрона об'єднуватися в антиядра. І дійсно, в 1965 р в Брукхейвені була отримана комбінація 1 Антипротон + 1 антинейтрон. Оскільки протон і нейтрон створюють ядро ​​водню-2, або дейтерію, їх комбінація називається дейтроні. Отже, комбінація антипротона і антинейтрона дає антідейтрон.
Атомне ядро ​​може оточити себе електронами, утворюючи нейтральний атом, і атомне антиядра може оточити себе антиелектрона (позитрона), утворюючи нейтральний антіатом. І як атоми утворюють речовину, так антиатоми утворюють антиречовину.
Труднощі лабораторного отримання такого антиречовини пояснюється нестійкістю античастинок. Надані самі собі, античастинки були б настільки ж стійкі, як і ті частинки, яким вони відповідають. Але вони не були надані самі собі. Утвориться античастка виявляється в світі звичайних частинок, вона самотня в безмежному океані своїх антагоністів.
Коли утворюється антиелектрон, то його зіткнення з електроном-лише питання часу (однієї мільйонної частки секунди або ще менше). В результаті відбувається анігіляція заряди взаємно знищуються, а загальна маса пари перетворюється в енергію фотонів. Те ж відбувається і при зіткненні протона і антипротона.
Анігіляція частинок і античастинок є новий і небувало потужне джерело енергії. Найбільш могутні з ядерних реакцій, наприклад та їх ланцюг, в результаті якої водень в надрах зірки перетворюється в залізо, призводять до втрати всього лише близько 1% маси. При анігіляції ж речовини і антиречовини в енергію перетворюється вся маса. Отже, при анігіляції вивільняється в 100 разів більше енергії, ніж при з'єднанні ядер рівної маси.
Існує і зворотний процес. Гамма-частинка з досить високою енергією може перетворитися в пару електрон - антиелектрон (цей процес, теоретично передбачений вже давно, вдалося, нарешті, спостерігати в 1965 г.).
Але тут виникає утруднення. Результати найвлучніших спостережень дають підстави вважати, що існує закон збереження електричного заряду.
Негативний електричний заряд не може бути ні створено, ні знищений, так само як і позитивний електричний заряд. Відбутися може тільки наступне рівні кількості позитивного і негативного заряду можуть взаємно аннигилировать і перетворитися в фотони гамма-променів.
Точно так же позитивні і негативні заряди можуть виникнути в рівних кількостях з фотонів гамма-променів, але виникнення електричного заряду одного якогось знака неможливо. Але в такому разі, чому ми оточені Всесвіту, що складається з речовини без будь-яких помітних ознак антиречовини?
Адже у будь-якому процесі виникнення частинок мали б виникати і античастинки, причому в точно такій же кількості.
З іншого боку, звідки нам відомо, що ми живемо у Всесвіті, що складається тільки з речовини?
2. Існування речовини і антиречовини
Ми можемо бути впевнені, що Земля складається виключно з речовини без будь-яких помітних домішок антиречовини, так як антиречовину негайно вступило б у взаємодію з речовиною і зникло б у спалаху гамма-променів.
Місяць також складається з речовини, це доводиться вже тим фактом, що при посадці на неї виготовлених людиною ракет не виникало колосального вибуху.
З речовини складаються і метеорити, так само як і Сонце - адже сонячний вітер складається в основному з частинок, а не з античастинок. Тому можна з упевненістю зробити висновок, що сонячна система складається з речовини.
Оскільки космічні промені також складаються майже виключно з частинок, а не з античастинок, ми можемо навіть сказати, що наша Галактика (а може бути, і найближчі до нас інші галактики) - це теж речовина.
Але в такому випадку як же можна пояснити це відсутність антиречовини?
Розглянемо модель стаціонарного Всесвіту. Якщо відбувається безперервне творіння атомів водню (протонів і електронів), то чому одночасно не відбувається творіння того ж кількості антиатомів водню (антипротонів і антиелектрона)?
Якщо відбувається безперервне творіння нейтронів, які потім розпадаються на протони й електрони, то чому не відбувається безперервного твори рівної кількості антинейтронів, які розпадалися б на антипротона і антиелектрони?
Нам невідома причина, яка могла б викликати у природи таке перевагу до речовини, а всі дані, зібрані до сих пір фізиками, вказують, що такої переваги взагалі не може бути.
Існує, звичайно, можливість, що і речовина, і антиречовину дійсно створюються безперервно, але цей процес якимось чином регулюється так, що вони створюються в різних місцях.
Атом, що виник тут, може врівноважуватися антиатоми, одночасно виникають там. І можливо, існують галактики з речовини і галактики з антиречовини, або, кажучи коротше, галактики і антігалактікі.
3. Пошук і спостереження антиречовини у Всесвіті
Якщо це так, то чи не можемо ми відрізнити галактику від антігалактікі?
У всякому разі, цього, мабуть, не можна зробити по випромінюється нею світла. Фотон є античастинкою самому собі, так що речовина і антиречовину виробляють фотони, однакові за своєю природою. Світло антігалактікі нічим не відрізняється від світла галактики.
Питання про тяжіння не такий простий. Існує припущення, що внутрішнє гравітаційна взаємодія речовини (і антиречовини) виражається в тяжінні, а гравітаційна взаємодія між речовиною і антиречовиною виразиться в відштовхуванні. Гравітаційного відштовхування спостерігати ще нікому не доводилося, але, з іншого боку, поки що жодного разу не вдавалося спостерігати антиречовину в кількостях, здатних створити помітне поле тяжіння, і це питання слід вважати вирішеним.
Якщо таке гравітаційне відштовхування існує, воно повинно спостерігатися між галактиками і антігалактікамі. До сих пір його не спостерігали, і це, можливо, означає, що у Всесвіті немає антігалактік. Але це може також означати, що таке відштовхування на міжгалактичних відстанях надзвичайно слабо і що воно існує, але поки або ще не було помічено, або було неправильно витлумачено.
Більше надій можна покласти на нейтрино.
Галактики викидають потоки нейтрино, а антігалактікі- потоки антинейтрино Якби на небосхилі вдалося виявити багаті джерела антинейтрино, ми, можливо, зуміли б виявити і антігалактікі.
Однак виявити нейтрино надзвичайно важко, і мистецтво астрономів ще не досягло того рівня, коли на це можна було б твердо розраховувати.
Крім того, в антігалактіках повинні були б виникати космічні античастинки. Нас, ймовірно, може досягти лише дуже мале їх число, а й ці нечисленні частки надзвичайно допомогли б вченим.
На античастинки з енергією в мільярди Гев (яка необхідна, щоб космічні промені могли вирватися зі своїх галактик і перетнути відділяє їх від нас міжгалактичний простір) галактичні магнітні поля не зроблять майже ніякого дії.
Напрямок їх приходу допомогло б нам виявити місце розташування антігалактік.
Однак слід пам'ятати, що галактики існують не самі по собі, що їх жахливо багато і що деякі з них, незважаючи на загальне розширення Всесвіту, можуть взаємодіяти один з одним. Галактики і антігалактікі можуть, наприклад, належати до одного скупчення і зближуватися один з одним.
Якщо вони поєднаються настільки, що пил і газ на їхніх кордонах змішаються, то це призведе до негайного вивільнення величезної кількості енергії. І дійсно, в глибинах космічного простору спостерігаються зони колосального вивільнення енергії, які, можливо, вказують на таку аннигиляцию речовини і антиречовини.
Можливо, подібні реакції на кордонах зоряних систем рятують галактики і антігалактікі від загальної анігіляції. Для пояснення можна як приклад навести краплю води, що впала на розпечену плиту. Вона не випарується миттєво. Навпаки, вона буде дивно довго стрибати і перекочуватися по розпеченій поверхні. Причина полягає в тому, що частина краплі, зіткнувшись з поверхнею плити, відразу випаровується і хмарка пари піднімає краплю, частково ізолюючи се від жару.
Точно так же при зближенні галактики і антігалактікі перший їх контакт на кордоні може створити потужний потік енергії, який буде заважати їх подальшому зближенню і, так би мовити, ізолювати їх один від одного.
При цьому, однак, таке изолирующее взаємодія стане гігантським джерелом фотонів гамма-променів, які почнуть розлітатися по всьому Всесвіті. Можливо, що гамма-промені, виявлені «Експлорером-11», надходили з такого джерела і були ознакою того, що Всесвіт містить рівну кількість галактик і антігалактік.
висновок
Після передбачення П. Дірака про можливість існування електрона з позитивним зарядом зародилися сумнів в винятковості нашого матеріального світу
Нобелівському лауреату - П. Дірака належать слова про те, що і Земля, і Сонячна система, переважно населена негативними електронами і позитивними протонами, скоріше випадковість, а не закономірність у Всесвіті.
Можливо, інші зірки і галактики складаються з антиматерії.
При цьому:
- античастинки мають всі властивості частинок (з урахуванням їх дзеркальності) і здатні на все, на що здатні частинки.
- речовина і антиречовину не можуть існувати разом - вони анігілюють.
- анігіляція частинок і античастинок є новий і небувало потужне джерело енергії.

Дуже цікаво і пізнавально! Дякуємо! З повагою.

Радий, що лекція була Вам корисна.