Рекордно откритие на антиматерия може да ни помогне да намерим тъмната материя
При опити в Националната лаборатория „ Брукхейвън “ в Съединени американски щати интернационален екип от физици откри най-тежките „ антиядра “, следени в миналото. Малките, краткотрайни обекти са формирани от екзотични частици антиматерия.
Измерванията на честотата на формиране на тези обекти и техните свойства удостоверяват настоящето ни схващане за природата на антиматерията и ще подкрепят търсенето на различен тайнствен тип частици тъмната материя.
Резултатите от проучването са оповестени през днешния ден в авторитетното списание Nature.
Идеята за антиматерията е на по-малко от век. През 1928 година английският физик Пол Дирак създава доста точна доктрина за държанието на електроните, в която прави притеснителна прогноза: съществуването на електрони с негативна сила, което би направило стабилната галактика, в която живеем е невъзможна.
За благополучие учените откриха различно пояснение за тези положения на „ негативна сила “: антиелектроните, или близнаците на електрона с противопоставен електрически заряд. Антиелектроните са съответно открити при опити през 1932 година и от този момент учените са открили, че всички фундаментални частици имат свои еквиваленти от антиматерия.
Това обаче повдига различен въпрос. Антиелектроните, антипротоните и антинеутроните би трябвало да могат да се комбинират, с цел да основат цели антиатоми, а даже и антипланети и антигалактики. Нещо повече, нашите теории за Големия гърмеж допускат, че при започване на Вселената би трябвало да са били основани равни количества материя и антиматерия.
Но на всички места, където погледнем, виждаме материя и единствено незначителни количества антиматерия. Къде е отишла антиматерията? Това е въпрос, който вълнува учените от близо век.
Днешните резултати са получени от опита STAR, ситуиран в Релативисткия колайдер на тежки йони в Националната лаборатория Брукхейвън в Съединени американски щати.
Експериментът работи посредством разтрошаване на ядрата на тежки детайли като урана едно в друго при извънредно висока скорост. Тези конфликти основават дребни, интензивни огнени кълба, които за малко възпроизвеждат изискванията във Вселената в първите няколко милисекунди след Големия гърмеж.
При всеки конфликт се получават стотици нови частици и опитът STAR може да ги открие всички. Повечето от тези частици са краткотрайни, нестабилни формирания, наречени пиони, само че понякога се появява и нещо по-интересно.
В детектора STAR частиците минават през огромен резервоар, цялостен с газ в магнитно поле и оставят забележими следи след себе си. Чрез премерване на „ дебелината “ на следите и на това какъв брой се огъват в магнитното поле, учените могат да открият какъв тип парченце ги е провокирала. Материята и антиматерията имат противопоставен заряд, тъй че техните следи ще се огъват в противоположни направления в магнитното поле.
В природата ядрата на атомите се състоят от протони и неутрони. Можем обаче да създадем и нещо, наречено „ хиперядро “, в което един от неутроните е сменен с хиперон – малко по-тежка версия на неутрона.
Това, което учените реализираха в опита STAR беше хиперядро, формирано от антиматерия, или антихиперядро. Всъщност това е най-тежкото и екзотично ядро от антиматерия, следено в миналото.
По-конкретно, то се състои от един антипротон, два антинеутрона и антихиперон и носи името антихиперводород-4. Сред милиардите създадени пиони откривателите от STAR идентифицираха единствено 16 ядра на антихиперводород-4.
Националната лаборатория Брукхейвън Резултатите удостоверяват прогнозите
В новата публикация се съпоставят тези нови и най-тежки антиядра, както и голям брой други по-леки антиядра с техните аналози в естествената материя. Всички хиперядра са нестабилни и се разпадат след към 1/10 от наносекундата.
Сравнявайки хиперядрата със съответните им антихиперядра се вижда, че те имат идентични времена на живот и маси. Точно това се чака от теорията на Дирак. Съществуващите теории също по този начин добре предсказват по какъв начин по-леките антихиперядра се получават по-често, а по-тежките – по-рядко.
Антиматерията има забавни връзки и с друго екзотично вещество – тъмната материя. От наблюденията се знае, че тъмната материя прониква във Вселената и е 5 пъти по-разпространена от естествената материя. Никога обаче не сме успявали да я открием непосредствено.
Някои теории за тъмната материя плануват, че в случай че две частици тъмна материя се сблъскат, те ще се анихилират взаимно и ще произведат гърмеж от частици материя и антиматерия. Тогава ще се получат антиводород и антихелий. Експеримент, наименуван „ Алфа магнитен спектрометър “ на борда на Международната галактическа станция работи по този въпрос.
Ако в действителност следим антихелий в космоса, по какъв начин ще разберем дали е създаден от тъмна или естествена материя? Е, измервания като това ново от STAR разрешават да калибрираме теоретичните си модели за това какъв брой антиматерия се създава при конфликти на естествена материя. Последният документ дава голям брой данни за този тип калибриране.
Основните въпроси остават
През миналия век научихме доста за антиматерията. Все още обаче не сме се доближили до отговора на въпроса за какво виждаме толкоз малко от нея във Вселената.
Експериментът STAR надалеч не е единствен в устрема да се разбере природата на антиматерията и къде е отишла тя. Работата в опити като LHCb и Alice в Големия адронен колайдер в Швейцария ще усъвършенства нашето схващане, като търси признаци за разлики в държанието на материята и антиматерията.
Може би до 2032 година, когато ще се навършат 100 години от първичното разкриване на антиматерията ще сме постигнали прочут прогрес в разбирането на мястото на тази любопитна огледална материя във Вселената, и даже ще знаем по какъв начин тя е обвързвана със загадката на тъмната материя.
Тази публикация е препубликувана от The Conversation под лиценза на Creative Commons.
