Kosmologija

Kodėl Visata sudaryta iš materijos, o ne antimaterijos? Naujas eksperimentas suteikia viliojančią užuominą.

2024

Mokslininkai, šaudantys neutrinus per Žemę, gali žengė padorų žingsnį į atsakymą į vieną iš pagrindinių ir sunkinančių Visatos mums iškeltų klausimų: kodėl viskas sudaryta iš materijos, o ne antimaterijos?

O, jūs žinote terminą antimaterija . Pagrindinė mokslinės fantastikos dalis, įskaitant Žvaigždžių kelias , tai tas pats kaip materija, bet su priešingu elektros krūviu. Taigi antielektronas, vadinamas pozitronu, turi visas tas pačias savybes kaip ir elektronas, tačiau turi teigiamą, o ne neigiamą elektros krūvį. Anti-protonas yra kaip protonas, bet turi neigiamą krūvį ir pan.

Dar viena smagi antimaterijos savybė yra ta, kad jei paimsite dalelę ir jos dalelę ir sujungsite jas, trenksitės. Didelis, didelis sprogimas: jie virsta gryna energija. A daug energijos. Jei sutikčiau anti-Philą ir mes nuspręstume šokti, sprogtume iš tos pačios energijos 3500 vieno megatono branduolinių ginklų .

Antimaterija nėra bloga, bet jūs nenorite jos sujungti su materija. Kreditas: Philas Plaitas

Auksinio kompaso sveiko proto žiniasklaida

Ir tai yra problema (ne tik sugadinti reivą). Matote, pagal fizikos dėsnius, kaip mes juos suprantame, kai Visata buvo labai jauna - vos kelių minučių - o išsiplėtus jo temperatūra pakankamai nukrito , ji turėjo sukurti vienodą kiekį medžiagos ir antimaterijos.

Bet jei tai būtų tiesa, kiekviena dalelė būtų sutikusi savo dalelę ir ka kaltinti . Kosmose neturėtų būti jokių medžiagų ar antimaterijų. Jie visi būtų sunaikinti. Ir vis dėlto mes čia.

Iš tikrųjų abu nebuvo lygūs. Kiekvienai milijardui porų materijos/antimaterijos dalelių liko viena materijos dalelė. Ne daug, bet pakankamai, kad būtų galima atsižvelgti į visas galaktikas, žvaigždes, planetas, žmones ir Earl Grey arbatos puodelius, kuriuos matome šiandien po visų kitų porų sunaikinimo.

Vaikų filmas gražuolė ir pabaisa

Bet kodėl? Kodėl asimetrija?

Turi būti, kad mūsų materijos/antimaterijos simetrijos dėsniai yra kažkaip pažeisti, o antimaterija - ne tiksliai kaip materija tam tikra prasme. Bet kas?

Mokslininkai jau seniai ieško šios asimetrijos . Išsami fizika yra įdomi - yra fantastiškas to paaiškinimas DAEδALUS eksperimento svetainėje - bet jums nereikia viso to, kad suprastumėte kitą dalyką, ką mokslininkai daro, kad jį surastų.

Gerai, leiskimės į šalutinę kelionę. Yra dar viena subatominė dalelė, vadinama neutrinu. Jis turi daug keistų savybių, pavyzdžiui, gali praeiti per daug įprastos medžiagos, tarsi jos nebūtų; jis tiesiog nelabai sąveikauja su materija. Maža, bet nedaug. Jie taip pat būna trijų skirtingų skonių, vadinamų muonu, elektronu ir tau neutrinu. Keliaujant per kosmosą vienos rūšies neutrinai gali spontaniškai virsti kita rūšimi.

Priežastis, dėl kurios aš čia paminėju, yra ta, kad kai peržiūrite neįtikėtinai sudėtingas lygtis, reglamentuojančias neutrinus ir jų antimaterijos ekvivalentus, rasite užuominą, kad jie gali veikti ne taip. Ten iš tikrųjų gali būti asimetrija, todėl mokslininkai sutelkė savo pastangas.

Ir čia mes pasiekiame labai įdomią dalį: Mokslininkai su T2K bendradarbiavimas ką tik paskelbė jie galėjo išmatuoti šį simetrijos pažeidimą neutrinuose . Rezultatai nėra tvirti, bet labai įdomūs.

Eksperimentas apima muono neutrinų pluošto sukūrimą ir paleidimą iš Japonijos protonų pagreičio tyrimų komplekso (JPARC) per kietą Žemę, esančią už 295 kilometrų, į „Super-Kamiokande“ neutrinų detektorių.

Jie tai daro pagreitindami protonus į anglies mėginį, kuris po to išskleidžia muoninius neutrinus spinduliu, nukreiptu į Super-Kamiokande. Kai jie ten pateks po milisekundės (!!), labai, labai nedaug šių neutrinų pataikys į atomą 50 000 tonų gryno vandens, laikomo rezervuare ir sukurkite muoną, dar vieną dalelių tipą. Tačiau dauguma neutrinų prasiskverbia pro šalį, todėl norint pasiekti rezultatų, prireikė 20 metų anglies plovimo protonais.

„Mis Peregrine Home for Peculied Children“ filmo apžvalga

Tačiau kai kurie iš jų keičia skonį, tampa elektronas neutrinų per tą trumpą laiką, kol jie patenka į vandens baką. Kai taip atsitinka, jie pataiko į bake esančius atomus ir vietoj muono sukuria elektroną.

Be to, JPARC gali sukurti muoną anti taip pat neutrinai. Tas pats atsitinka: kai kurie bake gamina muonus, o kai kurie virsta elektronų antineutrinu ir gamina elektronus.

Surasti antimateriją lengva, jei žinote, kokių įkalčių reikia ieškoti. Kreditas: Shutterstock / Phil Plait

Jei materijos/antimaterijos simetrija išlieka, tada muonų ir elektronų, kuriuos generuoja neutrinai, santykis turėtų būti toks pat kaip ir antineutrinų. Bet jie nustatė, kad šis santykis atrodo skirtingas! Atrodo, kad muoniniai neutrinai virsta elektroniniais neutrinais daugiau nei jų antimaterijos analogai.

kiek trunka filmas monstras sunkvežimiai

Labai didelis, jei tiesa.

Ar fizikos įstatymai skiria materiją nuo antimaterijos? Šis eksperimentas rodo, kad atsakymas yra teigiamas. Problema ta, kad ji nėra galutinė. Auksinis standartas yra tas, kad statistiškai jūs pasitikite rezultatu 99,7% (vadinamas 5-sigmos standartu). Šis rezultatas turi mažai rezultatų, todėl statistinis tikrumas yra „tik“ 95% (3 sigma). Tai labai provokuojantis, bet ne konkretus ir dar negali būti vadinamas atradimu.

O, bet tai soooo gundantis.

Velniškose lygtyse, kurios kontroliuoja neutrinų elgesį, yra parametras, vadinamas delta-CP; jei yra skirtumas tarp materijos ir antimaterijos, tai tame skaičiuje. Teoriškai tai gali įgyti daug vertybių, tačiau atrodo, kad šis eksperimentas praktiškai neįtraukia maždaug pusės jų. Tai susiaurina tik ten, kur mokslininkai turi ieškoti lygčių, kad pamatytų, kaip elgiasi Visata, kodėl ji teikia pirmenybę medžiagai, o ne antimaterijai. Reikia daug daugiau dirbti, tačiau atrodo, kad šie rezultatai bent jau rodo kryptį, kuria reikia eiti, o tai yra daugiau nei turėjome anksčiau.

Ir ei: Pakeliui supratimo tiesiog kodėl mes galime išsiaiškinti, kad kosmosas mėgsta vienos rūšies daleles, o ne kitas kaip padaryti vieną virš kito. O kas tada žino, kur galėsime drąsiai eiti?