Космология

Защо Вселената е направена от материя, а не от антиматерия? Новият експеримент дава дразнещ намек.

2024

Учените, изстрелващи неутрино през Земята, могат са направили прилична крачка към отговор на един от най -основните и утежняващи въпроси, които Вселената ни е хвърлила: Защо всичко е направено от материя, а не от антиматерия?

О, знаете термина антиматерия . Основен елемент от научната фантастика, включително Стар Трек , това е същото като материята, но с противоположен електрически заряд. Така че анти-електрон, наречен позитрон, има абсолютно същите свойства като електрона, но има положителен електрически заряд вместо отрицателен. Антипротонът е като протон, но с отрицателен заряд и т.н.

Друго забавно свойство на антиматерията е, че ако вземете частица и нейната античастица и ги съберете заедно, чукайте. Голям, голям взрив: Те преобразуват чиста енергия. А много на енергия. Ако срещнах анти-Фил и решихме да танцуваме, ще избухнем със същата енергия като 3500 едномегатонни ядрени оръжия .

Антиматерията не е зло, но не искате да я съберете заедно с материята. Кредит: Фил Плейт

И това е проблем (освен да съсипеш рейв). Виждате ли, според законите на физиката, както ги разбираме, когато Вселената беше много млада - само на няколко минути - и температурата му се понижи достатъчно с разширяването му , трябваше да създаде равни количества материя и антиматерия.

Но ако това беше вярно, всяка частица щеше да срещне своята античастица и ka блъм . В космоса изобщо не трябва да има никаква материя или антиматерия. Всички те щяха да бъдат унищожени. И все пак тук сме.

роля на гръм, чуй ме да плача

Всъщност двете не бяха равни. За всеки милиард двойки материя/антиматерия имаше по една останала частица материя. Не много, но достатъчно, за да се отчетат всички галактики, звезди, планети, хора и чаши чай от Ърл Грей, които виждаме днес, след като всички други двойки са унищожени.

Но защо? Защо асиметрията?

Трябва да се окаже, че нашите закони на симетрията на материята/антиматерията са нарушени по някакъв начин, че антиматерията не е точно като материя по някакъв начин. Но какво?

Учените отдавна търсят тази асиметрия . Подробната физика е интересна - има фантастично обяснение за това на експерименталното място DAEδALUS - но нямате нужда от всичко това, за да разберете следващия момент, което учените правят, за да го открият.

Добре, нека направим странично пътуване тук за секунда. Има и друг вид субатомна частица, наречена неутрино. Той има много странни свойства, като например да може да премине през много нормална материя, сякаш я няма; просто не взаимодейства много с материята. Малко малко, но не много. Те също се предлагат в три различни вкуса, наречени мюонни, електронни и тау неутрино. Един вид неутрино може спонтанно да се трансформира в друг вид, докато пътува през космоса.

И причината да ги спомена тук е, че когато преминете през невероятно сложните уравнения, управляващи неутрино и техните еквиваленти на антиматерия, ще намерите намек, че те може да не действат еднакво. Там наистина може да има асиметрия, така че учените са съсредоточили усилията си.

И тук стигаме до много интересната част: Учените с сътрудничеството T2K току -що обявено те може да са измерили това нарушение на симетрията в неутрино . Резултатите не са стабилни, но са много интересни.

Експериментът включва създаване на лъч от мюонни неутрино и изстрелването му от Японския изследователски комплекс за протонни ускорители (JPARC) през твърдата Земя на 295 километра до детектора за неутрино Супер-Камиоканде.

Те правят това, като ускоряват протоните в проба от въглерод, който след това изхвърля мюонни неутрино в лъч, насочен към Супер-Камиоканде. Когато стигнат там милисекунда по -късно (!!) много, много малко от тези неутрино ще ударят атом в 50 000 тона изключително чиста вода, съхранявана в резервоар и създаване на муон, още един вид частици. Повечето неутрино преминават точно през тях, поради което са необходими 20 години, за да се удря въглерод с протони, за да се получат резултати.

Но някои от тях променят вкуса, ставайки електрон неутрино за това кратко време, преди да стигнат до резервоара за вода. Когато това се случи, те удрят атомите в резервоара и създават електрон вместо мюон.

Също така, JPARC може да създава муон анти и неутрино. Същото се случва: Някои правят мюони в резервоара, а други се превръщат в електронни антинейтрино и правят електрони.

Намирането на антиматерия е лесно, ако знаете уликите, които да търсите. Кредит: Shutterstock / Phil Plait

Ако симетрията на материята/антиматерията е валидна, тогава съотношението на мюони към електрони, генерирани от неутрино, трябва да бъде същото като за антинейтрино. Но това, което откриха, е, че съотношението изглежда различно! Мюонните неутрино изглежда се превръщат в електронни неутрино повече, отколкото техните колеги от антиматерията.

Много голям, ако е истина.

Разграничават ли законите на физиката между материя и антиматерия? Този експеримент намеква, че отговорът е да. Проблемът е, че не е окончателен. Златният стандарт е, че статистически имате 99,7% доверие в резултат (наречен 5-сигма стандарт). Този резултат има малък брой резултати, което дава статистическа сигурност от „само“ 95% (3 сигма). Това е много провокативно, но не конкретно и все още не може да се нарече откритие.

О, но е така многоооо дразнещ.

книга със стафиди в слънцето

В дяволските уравнения, които управляват поведението на неутрино, което се тества, е параметър, наречен делта-СР; ако има разлика между материя и антиматерия, това е в това число. Теоретично може да придобие много стойности, но този експеримент изглежда изключва около половината от тях на практика. Това стеснява точно къде учените трябва да погледнат в уравненията, за да видят как се държи Вселената, защо предпочита материята пред антиматерията. Необходима е много повече работа, но изглежда, че тези резултати поне сочат в посока, която трябва да вървим, което е повече, отколкото имахме преди.

И хей: По пътя на разбирането просто защо може да разберем, че космосът харесва един вид частици над друг как да направим едното над другото. И тогава кой знае къде ще можем смело да отидем?