Czy cząstki mogą podróżować przez galaktykę bez szwanku i niezniszczone przez międzygwiazdowy pył i promieniowanie?
Co to jest antymateria?
Antymateria jest taka sama jak zwykła (barionowa)z wyjątkiem tego, że ma przeciwny ładunek elektryczny. Na przykład elektron o ładunku ujemnym ma „partnera” antymaterii, zwanego pozytonem. Pozyton to cząstka o tej samej masie co elektron, ale o ładunku dodatnim. Cząstki pozbawione ładunku elektrycznego, takie jak neutrony, są często „partnerami” antymaterii.
Naukowcy stworzyli już cząstki antymaterii za pomocąultrawysokie prędkości kolizji w LHC. W kilku eksperymentach w CERN naukowcy stworzyli antywodór, „partnera” wodoru. Najbardziej złożonym dotychczas uzyskanym pierwiastkiem antymaterii jest antyhel, analog helu.
Pomysł artysty na antymaterię. Zdjęcie: CERN
Chociaż może to brzmieć jak coś z naukowego punktu widzeniafikcja, antymateria istnieje. Antymateria pojawiła się wraz z materią po Wielkim Wybuchu. Ale jest to rzadkie we współczesnym wszechświecie, a naukowcy nie wiedzą dlaczego.
W jaki sposób cząstki antymaterii mogą przemierzać galaktykę?
We wszechświecie jest antymaterianieuchwytna i nieprzewidywalna siła: unicestwia, gdy spotyka zwykłą materię, tworząc kosmiczny tor przeszkód zniszczenia. Ale w niedawnym przełomowym eksperymencie w ośrodkach Zderzacza Cząstek naukowcy zdali sobie sprawę, że niektóre antyjądra mogą przetrwać podróże międzygwiezdne bez śmierci.
Przyjmuje się, że powstają w wynikuzderzenia wysokoenergetycznych promieni kosmicznych z atomami „unoszącymi się” w przestrzeni kosmicznej, a także zderzenia cząstek ciemnej materii (wcześniej Hi-Tech szczegółowo opowiedział, co to jest).
Jeśli te małe fragmenty mogą przetrwaćtakie niezwykłe podróże pomogą naukowcom zrozumieć naturę tej tajemniczej substancji, która stanowi większość naszej galaktyki - ciemnej materii.
Jak przebiegł eksperyment?
Naukowcy wykorzystali dane z Wielkiego Hadronuzderzacza, aby dowiedzieć się, czy antyjądra generowane w kosmosie mogą bezpiecznie dotrzeć do detektorów w pobliżu Ziemi. Aby przetestować teorię, fizycy przeprowadzili eksperyment w laboratorium CERN w Szwajcarii. Naukowcy próbowali zmierzyć coś pozornie niemożliwego: konsekwencje zniszczenia jąder antyhelium.
Część eksperymentu BASE w CERN, gdzie antymateria jest produkowana i przechowywana w laboratorium. Zdjęcie: CERN
Używając detektora ALICE, ostrożnieobliczył zderzenia wysokoenergetycznych protonów z atomami, które powinny wytworzyć taką samą liczbę jąder helu i antyhelu. Zgadując, ile antyjąder anihiluje na materiałach składających się z określonych detektorów – stali, węgla i tak dalej – naukowcy dokładnie określili, co dzieje się, gdy te cząstki wchodzą w kontakt ze zwykłą materią.
Odkrycia pomogą odpowiedzieć na odwieczne pytania dotyczące natury antymaterii i jej roli we wszechświecie.
Czego dowiedzieli się naukowcy?
Pokazała to symulacja komputerowa„Prawdopodobieństwo zniknięcia” cząstek antymaterii jest zaskakująco małe. Odkryli, że nawet po przebyciu ogromnych odległości w przestrzeni międzygwiezdnej, do 50% antyjąder utworzonych przez ciemną materię pozostanie nienaruszone, gdy zbliżą się do Ziemi.
Fizycy odkryli również, że powstały antyjądrapromienie kosmiczne mają wyższą energię niż te wytwarzane przez ciemną materię. Przecież tylko antyjądra o wysokiej energii mogły dotrzeć do Ziemi w dużych ilościach. Inne badanie pokazało, w jaki sposób standardowe detektory mogą wykrywać ciemną materię przy imponującym stosunku sygnału do szumu, jeśli jest ona wytwarzana przez źródła astrofizyczne.
Dlaczego to ważne?
Według fizyków na całym świecie zrozumienietajemnicze pochodzenie ciemnej materii jest kluczowym priorytetem współczesnej nauki. Ponadto autorzy nowego badania stwierdzili, że głębsze badanie powstawania antyjąder może być nieocenione dla lepszego zrozumienia i późniejszego zdefiniowania teorii dotyczących samej ciemnej materii.
Nowe eksperymenty zostały już nazwane przełomowymibadania, które pomagają odpowiedzieć na jedno z najważniejszych pytań współczesnej nauki: czy istnieją cząstki antymaterii? Niedawno na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej detektor znany jako Alpha Magnetic Spectrometer wykrył już potencjalne sygnatury przeciwjądrowe. Odpowiedź jest więc na wyciągnięcie ręki.
Czytaj więcej:
Czy nauka istnieje w ekstremalnych warunkach? Odpowiadamy w liczbach
Naukowcy odkryli, kto skorzystał na śmierci dinozaurów
Spójrzcie na zdjęcie Ziemi z kosmosu: wykonał je pierwszy prywatny moduł
Zdjęcie na okładce: Jingchuan Yu, Planetarium w Pekinie