Voivatko hiukkaset kulkea galaksin läpi vahingoittumattomina ja tähtienvälisen pölyn ja säteilyn tuhoamattomina?
Mikä on antimateria?
Antimateriaali on sama kuin tavallinen (baryoninen)paitsi että sillä on päinvastainen sähkövaraus. Esimerkiksi elektronilla, jolla on negatiivinen varaus, on positronina tunnettu antimateriaali "kumppani". Positroni on hiukkanen, jolla on sama massa kuin elektronilla, mutta jolla on positiivinen varaus. Hiukkaset, joilla ei ole sähkövarausta, kuten neutronit, ovat usein antiaineen "itsekumppaneita".
Tiedemiehet ovat jo luoneet antimateriaalihiukkasia käyttämälläerittäin suuret törmäysnopeudet LHC:ssä. Useissa CERNin kokeissa tutkijat ovat luoneet antivedyn, vedyn "kumppanin". Monimutkaisin tähän mennessä saatu antimateriaalielementti on antihelium, heliumin analogi.
Taiteilijan käsitys antimateriaalista. Valokuva: CERN
Vaikka tämä saattaa kuulostaa joltain tieteelliseltäfiktiota, antimateria on totta. Antimateria ilmestyi aineen kanssa alkuräjähdyksen jälkeen. Mutta se on harvinaista nykymaailmassa, eivätkä tiedemiehet tiedä miksi.
Kuinka antimateriaalihiukkaset voivat ylittää galaksin?
Universumissa antimateria onkäsittämätön ja arvaamaton voima: se tuhoutuu kohtaaessaan tavallisen aineen ja luo kosmisen tuhon esteradan. Mutta äskettäisessä uraauurtavassa kokeessa Particle Collider -laitoksissa tiedemiehet ymmärsivät, että jotkut antiytimet voisivat selviytyä tähtienvälisestä matkasta kuolemamatta.
Oletetaan, että ne muodostuvat tuloksenasuurienergisten kosmisten säteiden ja avaruudessa "kelluvien" atomien väliset törmäykset sekä pimeän aineen hiukkasten törmäykset (aiemmin Hi-Tech kertoi yksityiskohtaisesti, mikä se on).
Jos nämä pienet palaset selviävätTällaiset poikkeukselliset matkat auttavat tutkijoita ymmärtämään tämän salaperäisen aineen, joka muodostaa suurimman osan galaksistamme - pimeästä aineesta, luonteen.
Miten kokeilu meni?
Tutkijat käyttivät tietoja suuresta hadronistatörmäyskoneen selvittääkseen, pääsevätkö avaruudessa syntyneet antiytimet turvallisesti ja terveinä ilmaisimiin Maan läheisyydessä. Teorian testaamiseksi fyysikot suorittivat kokeen CERNin laboratoriossa Sveitsissä. Tutkijat yrittivät mitata jotain, joka näytti mahdottomalta: antiheliumytimien tuhoutumisen seuraukset.
Osa BASE-koetta CERNissä, jossa tuotetaan ja varastoidaan laboratoriossa antimateriaalia. Valokuva: CERN
Käyttämällä ALICE-ilmaisinta he varovastilaski korkeaenergisten protonien törmäykset atomien kanssa, joiden olisi pitänyt tuottaa yhtä monta heliumia ja antiheliumytimiä. Arvaamalla, kuinka monta antiydintä tuhoutui tietyistä ilmaisimista – teräksestä, hiilestä ja niin edelleen – koostuvissa materiaaleissa, tiedemiehet osoittivat tarkalleen, mitä tapahtuu, kun nämä hiukkaset joutuvat kosketuksiin tavallisen aineen kanssa.
Löydökset auttavat vastaamaan pitkäaikaisiin kysymyksiin antiaineen luonteesta ja sen roolista maailmankaikkeudessa.
Mitä tutkijat selvisivät?
Tietokonesimulaatio osoitti senAntimateriaalihiukkasten "kadontumistodennäköisyys" on yllättävän pieni. He havaitsivat, että jopa 50 % pimeän aineen luomista antiytimistä pysyisi ehjinä, kun ne lähestyvät Maata, vaikka olisivat matkustaneet valtavia matkoja tähtienvälisen avaruuden läpi.
Fyysikot havaitsivat myös, että antiytimet syntyivätkosmisilla säteillä on korkeampi energia kuin pimeän aineen luomilla säteillä. Loppujen lopuksi vain korkeaenergiset antiytimet voisivat päästä Maahan suuria määriä. Toinen tutkimus osoitti, kuinka tavalliset ilmaisimet voivat havaita pimeän aineen vaikuttavilla signaali-kohinasuhteilla, jos se on tuotettu astrofysikaalisista lähteistä.
Miksi tämä on tärkeää?
Mukaan fyysikot ympäri maailmaa, ymmärrystäpimeän aineen salaperäinen alkuperä on modernin tieteen keskeinen prioriteetti. Uuden tutkimuksen kirjoittajat sanoivat myös, että syvällisempi tutkimus antiytimien muodostumisesta voi olla korvaamatonta itse pimeää ainetta koskevien teorioiden ymmärtämisen ja myöhemmän määrittelyn kannalta.
Uusia kokeita on jo kutsuttu uraauurtaviksitutkimus, joka auttaa vastaamaan yhteen modernin tieteen tärkeimmistä kysymyksistä: onko antimateriaalihiukkasia olemassa? Äskettäin kansainvälisellä avaruusasemalla Alpha Magnetic Spectrometer -niminen ilmaisin on jo havainnut mahdollisia ydinvoiman vastaisia merkkejä. Joten vastaus on lähellä.
Lue lisää:
Onko tiedettä olemassa äärimmäisissä olosuhteissa? Vastaamme numeroin
Tutkijat ovat selvittäneet, kuka hyötyi dinosaurusten kuolemasta
Katso kuvaa maasta avaruudesta: sen teki ensimmäinen yksityinen moduuli
Kansikuva: Jingchuan Yu, Pekingin planetaario