Ar dalelės gali keliauti per galaktiką nepažeistos ir nesunaikintos tarpžvaigždinių dulkių ir spinduliuotės?
Kas yra antimaterija?
Antimedžiaga yra tokia pati kaip įprasta (barioninė)išskyrus tai, kad jis turi priešingą elektros krūvį. Pavyzdžiui, elektronas su neigiamu krūviu turi antimaterijos „partnerį“, žinomą kaip pozitronas. Pozitronas yra dalelė, kurios masė yra tokia pati kaip elektrono, bet turi teigiamą krūvį. Dalelės, neturinčios elektros krūvio, pavyzdžiui, neutronai, dažnai yra antimedžiagos „savarankiškos partnerės“.
Mokslininkai jau sukūrė antimedžiagos daleles naudodamiitin didelis susidūrimo greitis LHC. Keliuose CERN eksperimentuose mokslininkai sukūrė antivandenilį – vandenilio „partnerį“. Sudėtingiausias iki šiol gautas antimedžiagos elementas yra antihelis, helio analogas.
Menininko idėja apie antimateriją. Nuotrauka: CERN
Nors tai gali atrodyti kaip kažkas iš mokslofantastika, antimedžiaga yra tikra. Antimedžiaga atsirado kartu su medžiaga po Didžiojo sprogimo. Tačiau šiuolaikinėje visatoje tai reta, ir mokslininkai nežino, kodėl.
Kaip antimedžiagos dalelės gali kirsti galaktiką?
Visatoje antimedžiaga yranepagaunama ir nenuspėjama jėga: ji sunaikinama, kai susiduria su įprasta materija, sukurdama kosminį naikinimo kliūčių ruožą. Tačiau neseniai atlikto novatoriško eksperimento „Particle Collider“ įrenginiuose mokslininkai suprato, kad kai kurie antibranduoliai gali išgyventi tarpžvaigždinėse kelionėse nemirdami.
Daroma prielaida, kad jos susidaro dėl tosusidūrimų tarp didelės energijos kosminių spindulių ir atomų, kurie „plaukioja“ erdvėje, taip pat susidūrus su tamsiosios medžiagos dalelėmis (anksčiau „Hi-Tech“ detaliai pasakojo, kas tai yra).
Jei šie maži fragmentai gali išliktitokios nepaprastos kelionės padės mokslininkams suprasti šios paslaptingos medžiagos, sudarančios didžiąją dalį mūsų galaktikos – tamsiosios materijos – prigimtį.
Kaip sekėsi eksperimentas?
Mokslininkai naudojo duomenis iš Didžiojo hadronokolaiderio, kad išsiaiškintų, ar kosmose susidarę antibranduoliai gali saugiai ir sveiki pasiekti netoli Žemės esančius detektorius. Norėdami patikrinti teoriją, fizikai atliko eksperimentą CERN laboratorijoje Šveicarijoje. Tyrėjai bandė išmatuoti kažką, atrodytų, neįmanomo: antihelio branduolių sunaikinimo pasekmes.
Dalis BASE eksperimento CERN, kur antimedžiaga gaminama ir laikoma laboratorijoje. Nuotrauka: CERN
Naudodami ALICE detektorių, jie atsargiaiapskaičiavo didelės energijos protonų susidūrimus su atomais, dėl kurių turėjo susidaryti vienodas helio ir antihelio branduolių skaičius. Spėliodami, kiek antibranduolių sunaikinta medžiagose, sudarytose iš tam tikrų detektorių – plieno, anglies ir t. t., mokslininkai tiksliai nustatė, kas nutinka, kai šios dalelės liečiasi su įprasta medžiaga.
Išvados padės atsakyti į ilgalaikius klausimus apie antimaterijos prigimtį ir jos vaidmenį visatoje.
Ką sužinojo mokslininkai?
Kompiuterinis modeliavimas tai parodėAntimedžiagos dalelių „išnykimo tikimybė“ stebėtinai maža. Jie nustatė, kad net nukeliavus didelius atstumus per tarpžvaigždinę erdvę, iki 50% tamsiosios medžiagos sukurtų antibranduolių išliks nepažeisti, kai jie artėtų prie Žemės.
Fizikai taip pat nustatė, kad antibranduoliai sukūrėkosminiai spinduliai turi didesnę energiją nei tie, kuriuos sukuria tamsioji medžiaga. Juk Žemę dideliais kiekiais galėjo pasiekti tik didelės energijos antibranduoliai. Kitas tyrimas parodė, kaip standartiniai detektoriai gali aptikti tamsiąją medžiagą su įspūdingu signalo ir triukšmo santykiu, jei ją sukuria astrofiziniai šaltiniai.
Kodėl tai svarbu?
Pasak viso pasaulio fizikų, supratimaspaslaptinga tamsiosios materijos kilmė yra pagrindinis šiuolaikinio mokslo prioritetas. Be to, naujojo tyrimo autoriai teigė, kad gilesnis antibranduolių susidarymo tyrimas gali būti neįkainojamas siekiant geriau suprasti ir vėliau apibrėžti teorijas apie pačią tamsiąją medžiagą.
Nauji eksperimentai jau buvo pavadinti novatoriškaistyrimai, padedantys atsakyti į vieną svarbiausių šiuolaikinio mokslo klausimų: ar egzistuoja antimedžiagos dalelės? Visai neseniai Tarptautinėje kosminėje stotyje detektorius, žinomas kaip Alfa magnetinis spektrometras, jau aptiko galimus antibranduolinius ženklus. Taigi atsakymas yra arti.
Skaityti daugiau:
Ar mokslas egzistuoja ekstremaliomis sąlygomis? Atsakome skaičiais
Mokslininkai išsiaiškino, kam buvo naudinga dinozaurų mirtis
Pažiūrėkite į Žemės nuotrauką iš kosmoso: ją padarė pirmasis privatus modulis
Viršelio vaizdas: Jingchuan Yu, Pekino planetariumas