Κοσμολογία

Γιατί το Σύμπαν είναι φτιαγμένο από ύλη και όχι αντιύλη; Το νέο πείραμα δίνει μια δελεαστική υπόδειξη.

2024

Οι επιστήμονες μπορούν να πυροβολήσουν νετρίνα στη Γη έχουν κάνει ένα αξιοπρεπές βήμα για να απαντήσουμε σε μια από τις πιο βασικές και επιβαρυντικές ερωτήσεις που μας έχει θέσει το Σύμπαν: Γιατί όλα είναι κατασκευασμένα από ύλη και όχι αντιύλη;

Ω, ξέρετε τον όρο αντιύλη Ε Ένα βασικό στοιχείο επιστημονικής φαντασίας, συμπεριλαμβανομένων Star Trek , είναι το ίδιο με την ύλη αλλά με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, ένα αντι-ηλεκτρόνιο, που ονομάζεται ποζιτρόνιο, έχει όλες τις ίδιες ιδιότητες με ένα ηλεκτρόνιο αλλά έχει θετικό ηλεκτρικό φορτίο αντί αρνητικό. Ένα αντιπρωτόνιο είναι σαν πρωτόνιο αλλά με αρνητικό φορτίο κ.ο.κ.

Μια άλλη διασκεδαστική ιδιότητα της αντιύλης είναι ότι αν πάρετε ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιο του και τα ενώσετε, χτυπήστε. Μεγάλη, μεγάλη έκρηξη: Μετατρέπονται σε καθαρή ενέργεια. ΕΝΑ παρτίδα της ενέργειας. Αν συναντούσα τον αντι-Φιλ και αποφασίζαμε να χορέψουμε, θα εκραγούμε με την ίδια ενέργεια με αυτόν 3.500 πυρηνικά όπλα ενός μεγατόνου .

Η αντιύλη δεν είναι κακή, αλλά δεν θέλετε να την συνδυάσετε με την ύλη. Πίστωση: Phil Plait

Και αυτό είναι ένα πρόβλημα (εκτός από την καταστροφή ενός rave). Βλέπετε, σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής όπως τους αντιλαμβανόμαστε, όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νέο - μόλις λίγων λεπτών - και η θερμοκρασία του έπεσε αρκετά καθώς επεκτάθηκε , θα έπρεπε να έχει δημιουργήσει ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.

Αλλά αν αυτό ήταν αλήθεια, κάθε σωματίδιο θα είχε συναντήσει το αντισωματίδιό του, και κα κατηγορώ Ε Δεν πρέπει να υπάρχει καθόλου ύλη ή αντιύλη στο σύμπαν. Όλοι θα είχαν εκμηδενίσει. Κι όμως εδώ είμαστε.

Στην πραγματικότητα, τα δύο δεν ήταν ίσα. Για κάθε δισεκατομμύριο ζεύγη σωματιδίων ύλης/αντιύλης, υπήρχε ένα σωματίδιο ύλης που περίσσεψε. Όχι πολύ, αλλά αρκετά για να εξηγήσουν όλους τους γαλαξίες, τα αστέρια, τους πλανήτες, τους ανθρώπους και τα φλιτζάνια τσάι Earl Grey που βλέπουμε σήμερα αφού όλα τα άλλα ζευγάρια εξοντώθηκαν.

τι σημαίνει 111 αριθμοί αγγέλων

Μα γιατί? Γιατί η ασυμμετρία;

Πρέπει να είναι ότι οι νόμοι μας για τη συμμετρία ύλης/αντιύλης παραβιάζονται κατά κάποιο τρόπο, ότι η αντιύλη δεν είναι ακριβώς όπως η ύλη με κάποιο τρόπο. Αλλά τί?

κόμη του Μόντε Κρίστο για παιδιά

Οι επιστήμονες αναζητούν αυτή την ασυμμετρία εδώ και πολύ καιρό Ε Η λεπτομερής φυσική είναι ενδιαφέρουσα - υπάρχει μια φανταστική εξήγηση για αυτό στην τοποθεσία πειράματος DAEδALUS - αλλά δεν τα χρειάζεστε όλα για να καταλάβετε το επόμενο κομμάτι, το οποίο κάνουν οι επιστήμονες για να το βρουν.

Εντάξει, ας κάνουμε ένα δευτερεύον ταξίδι εδώ για ένα δευτερόλεπτο. Υπάρχει ένα άλλο είδος υποατομικών σωματιδίων που ονομάζεται νετρίνο. Έχει πολλές περίεργες ιδιότητες, όπως το να μπορείς να περάσεις από πολλές φυσιολογικές ύλες σαν να μην είναι εκεί. απλά δεν αλληλεπιδρά με την ύλη πολύ. Λίγο έφηβη, αλλά όχι πολύ. Έρχονται επίσης σε τρεις διαφορετικές γεύσεις, που ονομάζονται muon, electron και tau neutrinos. Ένα είδος νετρίνου μπορεί αυθόρμητα να μετατραπεί σε άλλο είδος καθώς ταξιδεύει στο διάστημα.

Και ο λόγος που τα αναφέρω εδώ είναι ότι όταν περνάτε από τις απίστευτα πολύπλοκες εξισώσεις που διέπουν τα νετρίνα και τα ισοδύναμα αντιύλης τους, βρίσκετε μια υπόδειξη ότι μπορεί να μην ενεργούν το ίδιο. Μπορεί πράγματι να υπάρχει ασυμμετρία εκεί, οπότε εκεί συγκεντρώθηκαν οι προσπάθειές τους οι επιστήμονες.

Και εδώ φτάνουμε στο πολύ ενδιαφέρον μέρος: Επιστήμονες με τη συνεργασία T2K μόλις ανακοινώθηκε μπορεί να έχουν μετρήσει αυτήν την παραβίαση συμμετρίας στα νετρίνα Ε Τα αποτελέσματα δεν είναι σταθερά, αλλά είναι πολύ ενδιαφέροντα.

Το πείραμα περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας δέσμης νετρίνων μιονίου και την εκτόξευσή της από το ιαπωνικό ερευνητικό συγκρότημα επιταχυντών πρωτονίων (JPARC) μέσω της στερεάς Γης 295 χιλιόμετρα μακριά από τον ανιχνευτή νετρίνων Super-Kamiokande.

Το κάνουν επιταχύνοντας τα πρωτόνια σε ένα δείγμα άνθρακα, τα οποία στη συνέχεια εκτοξεύουν νετρίνα μιονίων σε μια δέσμη που στοχεύει στο Super-Kamiokande. Όταν φτάσουν εκεί ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου αργότερα (!!), πολύ λίγα από αυτά τα νετρίνα θα χτυπήσουν ένα άτομο στους 50.000 τόνους εξαιρετικά καθαρού νερού που αποθηκεύονται σε μια δεξαμενή και δημιουργήστε ένα μιόνιο, ένα άλλο είδος σωματιδίων. Τα περισσότερα νετρίνα περνούν ακριβώς, όμως, γι 'αυτό χρειάστηκαν 20 χρόνια να χτυπήσουμε τον άνθρακα με πρωτόνια για να έχουμε αποτελέσματα.

Αλλά μερικά από αυτά αλλάζουν γεύση, γίνονται ηλεκτρόνιο νετρίνα σε αυτό το σύντομο χρονικό διάστημα πριν φτάσουν στη δεξαμενή νερού. Όταν συμβεί αυτό, χτυπούν τα άτομα στη δεξαμενή και δημιουργούν ένα ηλεκτρόνιο αντί για ένα μιόνιο.

Επίσης, το JPARC μπορεί να δημιουργήσει muon αντι νετρίνα επίσης. Το ίδιο συμβαίνει: Μερικοί φτιάχνουν μιόνια στη δεξαμενή και άλλοι μετατρέπονται σε αντινετρίνα ηλεκτρονίων και παράγουν ηλεκτρόνια.

Η Κλίντον αψηφά το νόμο και την κοινή λογική

Η εύρεση αντιύλης είναι εύκολη εάν γνωρίζετε τις ενδείξεις που πρέπει να αναζητήσετε. Πίστωση: Shutterstock / Phil Plait

Εάν ισχύει συμμετρία ύλης/αντιύλης, τότε η αναλογία μιόνων προς ηλεκτρόνια που παράγονται από τα νετρίνα θα πρέπει να είναι η ίδια με αυτή των αντινετρίνων. Αυτό που βρήκαν όμως είναι ότι η αναλογία φαίνεται να είναι διαφορετική! Τα νετρίνα Muon φαίνεται να μετατρέπονται σε νετρίνα ηλεκτρονίων περισσότερο από ό, τι τα αντίστοιχα αντιύλης.

Πολύ μεγάλο, αν ισχύει.

Οι νόμοι της φυσικής διακρίνουν μεταξύ ύλης και αντιύλης; Αυτό το πείραμα υποδηλώνει ότι η απάντηση είναι ναι. Το πρόβλημα είναι ότι δεν είναι οριστικό. Το χρυσό πρότυπο είναι ότι, στατιστικά, έχετε 99,7% εμπιστοσύνη σε ένα αποτέλεσμα (που ονομάζεται πρότυπο 5-σίγμα). Αυτό το αποτέλεσμα έχει χαμηλό αριθμό αποτελεσμάτων, δίνοντας μια στατιστική βεβαιότητα «μόνο» 95% (3 σίγμα). Είναι πολύ προκλητικό, αλλά όχι συγκεκριμένο και δεν μπορεί να ονομαστεί ακόμα ανακάλυψη.

Α, αλλά είναι τόσο πολύ δελεαστικό.

Στις ινδικές εξισώσεις που διέπουν τη δοκιμή της συμπεριφοράς των νετρίνων είναι μια παράμετρος που ονομάζεται δέλτα-CP. αν υπάρχει διαφορά μεταξύ ύλης και αντιύλης είναι σε αυτόν τον αριθμό. Μπορεί να λάβει πολλές αξίες στη θεωρία, αλλά αυτό το πείραμα φαίνεται να αποκλείει περίπου τις μισές από αυτές στην πράξη. Αυτό στενεύει ακριβώς εκεί που οι επιστήμονες πρέπει να εξετάσουν τις εξισώσεις για να δουν πώς συμπεριφέρεται το Σύμπαν, γιατί προτιμά την ύλη από την αντιύλη. Χρειάζεται πολύ περισσότερη δουλειά, αλλά αυτά τα αποτελέσματα φαίνεται ότι δείχνουν τουλάχιστον προς μια κατεύθυνση, η οποία είναι μεγαλύτερη από ό, τι είχαμε πριν.

Και γεια: Στην πορεία της κατανόησης ακριβώς Γιατί το σύμπαν αρέσει ένα είδος σωματιδίων έναντι άλλου, μπορεί να καταλάβουμε πως να κάνει το ένα πάνω στο άλλο. Και τότε ποιος ξέρει πού θα μπορέσουμε να πάμε τολμηρά;