Історія дослідження однієї із самих великих таємниць науки
Згідно з науковими теоріями, і зокрема американських вчених Арно Пензіаса та Вілсона Роберта Ратмана, які в1967 році виявили космічне реліктове випромінювання, – яке стало найвагомішим доказом справедливості теорії Великого Вибуху, і кожен вид матерії у Всесвіті, створеної після Великого вибуху, повинен був супроводжуватися рівною кількістю «антиматерії». Тобто своєрідним дзеркалом, ідентичним за структурою, але з прямо протилежними властивостями. Великий Вибух, на думку вчених, і сприяв створенню Всесвіту.
Великий Вибух (13 млрд. років поспіль) створив однакове число матерії і «антиматерії», але «антиматерія», на думку вчених, зникла. Її пошуком і займаються вчені, щоб пояснити фактично створену, у нашому Всесвіті, асиметрію, – знайти її джерело і пояснити майбутнє розвитку Всесвіту.
Проблема полягає в тому, що коли атоми речовини зустрічаються з відповідними елементами «антиматерії», вони відразу ж знищуються. Це породжує головну загадку Всесвіту, – чому ж при такому розкладі речей ми існуємо?
Вчені почали наближати той момент, коли можливо можна буде з упевненістю відповісти на питання, чому існує Всесвіт, повідомляє "Газета.Ru" з посиланням на «Telegraph».
Фізикам Європейського центру ядерних досліджень (ЦЕРН) в Швейцарії удалось створити і утримати протягом значного часу «антиматерію», що зможе допомогти їм розгадати одну із самих великих таємниць в науці. Команда вчених з різних країн, що працюють на базі лабораторії ЦЕРН, знайшла спосіб керувати атомом "антиводню". Перший успішний досвід взаємодії з атомом «антиречовини» дає вченим надію більше дізнатися про його властивості.В статті в британському журналі «Nature» вчені ЦЕРН повідомляють про те, що їм удалось відтворити в вакуумі 38 атомів ”антиводню”, деякі із них були присутні одну десяту долю секунди, що дало можливість ученим їх спостерігати. Про це повідомляє і «NEWSru.com».
«Антиматерія» руйнується відразу після створення, тому вченим довелося розставляти "пастки" в вакуумі, – вперше це було здійснено в літку 2011 року. З того часу дослідникам вдалося започаткувати створення більш-менш чіткого уявлення про структуру «антиматерії».
"Ми продемонстрували вже те, що можемо досліджувати внутрішню структуру атомів «антиводню», знаємо, що в принципі це можливо", – заявив один з дослідників «антиматерії» Джеффрі Хангст. «Ми задоволені в результатах. Це п’ять років напруженої праці», – признався керівник дослідження «Альфа» Джеффрі Хангст. Зараз фізики націлені отримати більше атомів ”антиводню” і утримувати їх в стабільному стані якомога довше. «Ми хочемо зрозуміти, чи є різниця, яка поки що нам невідома, між речовиною і «антиречовиною», – говорить професор Джеффри Хангст. – Ця різниця може бути більш фундаментальною, як прийнято вважати зараз, – і пов’язано ще й з тим, що відбувалось в перші мікросекунди після Великого Вибуху?».
"Водень (Н) є найпоширенішим елементом у Всесвіті, і ми добре розуміємо його структуру. Тепер ми нарешті починаємо розбиратися в структурі «антиводню». Відрізняються вони? Час покаже", - додав Джеффри Хангст.
«Антиводень» отримували і раніше (вперше це удалось двом групам учених в 2002 році), але такі атоми миттєво вступали з атомами звичайної речовини в реакцію анігіляції, яка приводить до повного переходу маси в енергію.
Атом ”антиводню” складається з негативно зарядженого антипротона (-р) і позитрона (е+), – античастинок протона (р+) і електрона (е-). Основним завданням вчених дослідження «Альфа», а також іншої наукової групи ЦЕРН – «Атрап», порівняти рівні енергії «антиводню» і водню (Н) для того, щоб підтвердити, що «антиматерія» має таку силу електромагнітної сили, як і матерія. Ця ідея базується на підставі теорії Великого Вибуху, в результаті якого, по одній із версій, і був створений Всесвіт.
Сучасна «стандартна модель» фізики базується на тому підгрудді, що кожна елементарна частинка – протон (р+), електрон (е-), нейтрон (n¹) та величезне різноманіття екзотичних частинок мають дзеркальне відображення у вигляді «античастинок». Наприклад, у електрона (е-) такою частинкою являється позитрон (е+). При цьому однією із величезних загадок фізики є відсутність незаперечного того факту, чому наш Всесвіт складається в основному із матерії, а не із «антиматерії»? З точки зору законів фізики, в момент виникнення Всесвіту, – повинні були виникнути рівні між собою кількості того і іншого.
Для проведення досліджень була розроблена спеціальна вакуумна "пастка". Завдяки потужним магнітним полям в ній удалось утримати, протягом долі секунди, атоми «антиводню» від зустрічі з матерією.
Європейський центр ядерних досліджень знаходиться недалеко від Женеві. Вчені ЦЕРН мають значні успіхи у вивчені «антиматерії», синтезував перший атом «анти водню» ще в 1995 році.
В 2002 році фізики ЦЕРН спромоглися створити тисячі атомів «антиводню», але вони проіснували декілька мілісекунд, перед тим, як зустрілись з матерією на стінках контейнерів і знищились, – відбулось перетворення маси в енергію.
В 1919 році Ернест Резерфорд (1871-1937) відкрив частинки протони (р+), які вилітають з ядра атома азоту при попаданні в нього α – променів. З’ясувалось, що α – промені при прямому зіткненні з ядром атома азоту проникають в нього; ядро азоту після поглинання α – променя стає нестабільним і, викидає протон (р+), перетворюючись в ядро атома кисню.
В 1932 році Джеймс Чедвік (1891-1974) відкрив нейтрон (n¹). Це відкриття дало можливість німецькому вченому Вернеру Гейзенбергу (1901-1976) і радянському фізику (полтавчанину при народженні) Дмитру Дмитровичу Іваненку (1904-1963) створити гіпотезу будови атомного ядра, згідно якої всі атомні ядра складаються тільки з протонів (р+) і нейтронів (n¹), які отримали ще загальну назву нуклонів. Так як маса нуклона, визначена у відносних одиницях, дуже близька до одиниці (маса протона (р+) складає 1,007276, а маса нейтрона (n¹) – 1,008665), то і маса атомного ядра у відносних одиницях близька до цілого числа, – рівному числу нуклонів в ядрі.
Більш сталими є ядра, в яких нейтронів більше аніж протонів. Нині природа внутріядерних сил атома ще потребує вивчення і не достатньо зрозуміла. Установлено. що ці сили являються так названими обмінними силами. Обмінні сили носять квантовий характер і не мають аналогії в загальній фізиці.
Нуклони зв’язуються поміж собою третьою частинкою, якою вони постійно обмінюються. В 1935 році японській фізик Хідекі Юкава (1907-198) показав, що теоретичні визначення сили взаємодії нуклонів збігаються з показниками експериментів, якщо припустити, що нуклони обмінюються частинками, маса яких приблизно в 250 разів більше маси електрона. Ці частинки отримали назву π-мезони або піони.
Ці частинки дійсно удалось виявити в 1947 році за допомогою товстих прошарків фотопластинок англійському фізику Сесілу Френку Пауеллу (1903-1969) при вивченні космічних променів на великій висоті.
Маса спокою піона приблизно в 270 разів більше маси електрона. Піони бувають трьох видів: позитивні (π+), негативні (π-) і нейтральні (π0). Взаємодія поміж однорідними нуклонами здійснюються нейтральними піонами (π0), а взаємодія поміж різними нуклонами – зарядженими піонами. Обмінюючись зарядженими піонами, протон і нейтрон безперервно перетворюється один в одного. Протон, віддавши нейтрону позитивний (π+) піон, сам перетворюється в нейтрон, а початковий нейтрон, поглинувши (π+) піон, перетворюється в протон. Аналогічно відбувається взаємодія з негативним (π-) піоном.
Взаємні перетворення нейтрона і протона підтверджені дослідженнями по розсіюванню потоку нейтронів на протонах.
Вільні піони можуть утворюватись в результаті зіткнення протона високої енергії з іншим протоном або нейтроном. Вони виникають при бомбардуванні атомних ядер космічними частинками і у прискорювачах при бомбардуванні ядер протонами. Але менше, як за 10-7с, вільні піони розпадаються на мюони: (µ+), (µ-), які віддають свою енергію на іонізацію існуючого середовища, де створюється величезне різноманіття екзотичних частинок (на сьогодні відомих), а ще безкінечно більше невідомих частинок, які мають дзеркальне відображення у вигляді «античастинок», – і цей рухомий процес обміну енергіями частинок поміж собою, в масштабах Всесвіту, продовжується безкінечно… І зараз буде доцільним нагадати думку видатного представника іонійської школи Геракліта (біля 530-470 рр. до н.е.) – засновника давньогрецької діалектики – вперше вчив, що вічний і незупинний рух – основний закон Всесвіту.
У травні 2010 року міжнародний колектив DZero - 500 фізиків, що працюють у Національній прискорювальнiй лабораторії ім. Енріко Фермі в США - отримали дивовижні дані експериментів на "Теватроні", які підтверджують наявність асиметрії між матерією і «антиматерією». Так, за їх результатами, мюонів, які існують тільки 2-х видів (µ+, µ-), (тобто частинок матерії) утворюється на 1% більше, ніж антимюонів (частинок антиматерії). Ця невелика різниця має в цілому колосальне значення для пояснення загадки існування Всесвіту та його подальший розвиток…
Такий оптимістичний висновок поважних досліджень може бути передчасним. Адже порушена чистота дослідження, завдяки створенню штучних умов проведення експерименту («пастки» в вакуумі…), який обмежує незупинний рух частинок матерії та їх дзеркальне відображення «антиматерії». А сам експеримент проводиться в середині Всесвіту, а не із зовні його, який здійснити неможливо.Цитування та використання будь-яких матеріалів порталу Etar на інших сайтах дозволяється лише з гіперпосиланням: www.etar.com.ua
в начало
