Одно из важнейших достижений современной физики - открытие особой симметрии природы, которая заключается в том, что у каждой частицы вещества существует «двойник» - античастица. Она имеет ту же массу и спин, но противоположный знак электрического и других характерных зарядов. На существование в природе такой симметрии впервые указал (1928 г.) П. Дирак.
Первой открытой античастицей был позитрон (антиэлектрон), обнаруженный 1932 p. в составе космического излучения. Более чем двадцать лет в экспериментах на ускорителях высоких энергий были открыты антипротон и антинейтрон. Затем на ускорителях удалось наблюдать большую группу нестабильных частиц - антигиперонив. В частности, одна из таких частиц - анти-сигма-минус-гиперон - была открыта на синхрофазотрона в ОИЯИ г. Дубны. Античастицы могут рождаться только в паре со своим двойником - обычной частицей. Энергия, затрачиваемая на образование пары частицы - античастицы, равна 2тс, где m - масса частицы. Например, в случае рождения пары электрон - позитрон расходуется энергия 1,02 Мэв.
Все эти античастицы принадлежат к классу элементарных частиц. Из теоретических представлений следует, что наряду с элементарными античастицами должны существовать их составляющие системы - антиядра, составными элементами которых являются антипротоны и антинейтроны. Более того, атома каждого химического элемента таблицы Д. И. Менделеева соответствуют атомы антиелементив, состоящие из антиядер и антиэлектрон (позитронов). Следовательно, наряду с любой химическим соединением обычного вещества могут существовать аналогичные химические соединения, построенные из атомов антивещества. Иначе говоря, современная теория предполагает, что во Вселенной могут существовать участки с антивеществом. Они отличаются от обычного вещества тем, что вместо электронной оболочки «обычных» атомов в «антиатомы» оболочка состоит из позитронов, а вместо атомных ядер содержатся соответствующие антиядра.
Характерной особенностью взаимодействия частиц с античастицами является то, что при столкновении они могут аннигилировать, точнее превращаться в излучение или частицы меньшей массы. Так, позитрон, столкнувшись с электроном, может превратиться в два или три у-квантовых-ти (см. раздел 17.12), антипротон при столкновении с протоном - в несколько мезонов, которые потом либо поглощаются веществом, или распадаются. Из-за реакции аннигиляции «антивещество» не может стабильно существовать вместе с веществом. В такой «смеси» непрерывно уничтожались бы частицы и античастицы, пока один из ее компонентов полностью не «выгорел» бы. Поскольку при аннигиляции выделяется значительная энергия, смесь вещества и антивещества составляет «идеальное» топливо максимально возможной калорийности. Оно примерно в тысячу раз калорийнее от топлива на основе ядерного деления. Вследствие большого энерговыделения при аннигиляции вещества и антивещества гипотеза существования «Антимиров» (т.е. участков, состоящих из антивещества) часто использовалась астрофизиками для объяснения непонятных мощных источников излучения во Вселенной.
С введением в эксплуатацию мощных ускорителей элементарных частиц на энергию в десятки миллиардов электрон-вольт существенно расширились возможности экспериментального изучения антивещества. Дело в том, что для рождения античастиц при столкновении частиц высокой энергии важно, чтобы энергия бомбардирующих частицы была достаточно большой. Например, реальная возможность наблюдений антипротонов появилась тогда, когда был построен ускорители протонов до энергий 6 ... 10 ГэВ. На ускорителе, рассчитанном на энергии около 30 ГэВ, были обнаружены анти-дейтерий.
Первое антиядро-антидейтрон получили 1965 г. американские физики под руководством JI. Ледермана. Возможность же наблюдать антиядро следующего за водородом элемента таблицы Д. И. Менделеева - гелия открылась, по сути, только с введением в эксплуатацию Серпуховская ускорителя протонов с максимальной энергией 76 Гэв. Ядро антигелию состоит из двух антипротонов и одного антинейтрон.
Трудности, которые возникли перед экспериментаторами, заключались в том, что ядра антигелию нужно было искать среди множества других частиц, образующихся при столкновении частиц высоких энергий. их выделяли из массы других частиц одновременно по нескольким признакам, в частности по электрическим зарядом, скоростью движения частиц, которые определялись различными методами. Это позволило надежно зарегистрировать ядра антигелию. За время измерения через экспериментальную установку было пропущено более 2 частиц, среди которых оказалось пять ядер антигелию. Открытие ядер антигелию имеет большое принципиальное значение, поскольку оно подтверждает теоретическую концепцию существования антивещества. А это, в свою очередь, способствовать глубокому пониманию процессов, происходящих во Вселенной, а также его эволюции.
Если бы были возможны накопления антивещества, то процессы, которые в них могут происходить, не отличались бы от тех, что существуют в обычной веществе. Такое накопление антивещества, которое по своим масштабам эквивалентно, например, галактике, можно назвать антигалактикою.
Можно предположить, что наряду с галактиками существуют антигалак политики. При столкновении антигалактик с обычными космическими образованиями должны происходить грандиозные катастрофы во Вселенной, сопровождающиеся грандиозными взрывами с выделением огромного количества излучения. Возможно, что этими процессами можно объяснить вспышки новых звезд и другие космические явления.
Загрузка...