Лайфхаки

Маленькие, полезные хитрости

Подтверждено: материя и антиматерия отражены зеркально.

28.08.2015 в 15:48

Материя и антиматерия оказались совершенными зеркальными отражениями друг друга, если мы поверим заявлениям ученых, которые провели эксперименты беспрецедентной точности, еще больше усугубив загадку неравенства вещества и антивещества во вселенной.


Любая материя состоит из протонов, нейтронов или электронов. Эти частицы имеют аналоги, известные как античастицы - антипротоны, антинейтроны и позитроны, соответственно - которые обладают той же массой, но имеют противоположный электрический заряд. Хотя нейтроны и антинейтроны обладают нейтральным зарядом, каждый из них состоит из кварков, которые обладают дробными электрическими зарядами, и заряды этих кварков равны и противоположны в нейтронах и антинейтронах.

Известная вселенная из обычной материи состоит. Глубокой тайной остается то, почему вселенная не состоит из равных частей вещества и антивещества, поскольку в процессе большого взрыва, как полагают, который породил вселенную 13, 7 миллиарда лет назад, образовались равные количества обоих. И если материя и антиматерия оказываются зеркальными отражениями друг друга во всех отношениях, не должно было остаться вообще никакой материи - вещество и антивещество аннигилируют, сталкиваясь друг с другом.

Физики - теоретики подозревают, что необычный контраст между количеством вещества и антивещества во вселенной, технически известный как барионная асимметрия, может быть из-за какой-то разницы между свойствами материи и антиматерии, формально известной как CP - нарушение симметрии, где C - заряд, а P - четность. Тем не менее все известные эффекты, которые приводят к нарушения в CP - симметрии, не могут объяснить подавляющее преобладание материи над антиматерией.

Возможное объяснение этой загадки может скрываться в различных свойствах материи и антиматерии - например, возможно, антипротоны распадаются быстрее протонов. Лишь в том случае, если такие различия будут обнаружены, даже самые незначительные, "это, Безусловно, Приведет к Драматическим Последствиям для Нашего Современного Понимания Фундаментальных Законов Физики", говорит ведущий автор исследования Стефан ульмер, физик частиц из японского института физических и химических исследований (Riken.

Проводя строгие испытания в поисках различий между протонами и антипротонами, ученые исследовали соотношение количества электрического заряда к массе примерно в 6500 парах частиц в течение 35-дневного периода. Чтобы препятствовать контакту материи и антиматерии, ученые поместили протоны и антипротоны в ловушки магнитных полей. Затем измерили, как эти частицы циклично движутся в этих полях, циклотронную частоту, которая пропорциональна соотношению заряда к массе этих частиц и силе магнитных полей.

Технически ученые не использовали обычные протоны в экспериментах, а взяли отрицательные ионы водорода, которые состоят из протона, окруженного двумя электронами. Это было проделано для упрощения эксперимента - антипротоны и отрицательные ионы водорода заряжены отрицательно, а значит одинаково реагируют на магнитные поля. Ученые с легкостью смогли учесть влияние электронов в процессе экспериментов.

Идеальные отражения.
Ученые обнаружили, что отношение заряда к массе у протонов и антипротонов "Идентично с Точностью до 69 Частей на Триллион", заявил ульмер. Это измерение в четыре раза лучше, чем предыдущие измерения этого показателя.

Кроме того, ученые также обнаружили, что измеренные отношения заряда к массе изменяются не больше чем на 720 частей на триллион в день, по мере вращения земли вокруг своей оси и солнца. Это говорит о том, что протоны и антипротоны ведут себя точно так же с течением времени, когда проносятся через пространство с одной скоростью, а значит, не нарушают так называемую СРТ- симметрию, где T означает время.

СРТ- Симметрия - ключевой компонент стандартной модели физики элементарных частиц, лучшего описания на сегодняшний день того, как ведут себя элементарные частицы, составляющие вселенную. Не существует известных нарушений СРТ- симметрии. Опять же, любое обнаруженное нарушение СРТ- симметрии окажет огромное влияние на наше понимание природы.

Кроме того, эти отношения заряда к массе не будут отличаться больше, чем на 870 частей на миллиард в гравитационном поле земли. Это означает, что слабый принцип эквивалентности, согласно которому вся материя падает с одинаковой скоростью в одном гравитационном поле, также сохраняется на этом уровне точности. Слабый принцип эквивалентности является ключевой частью общей теории относительности Эйнштейна, которая, наряду с другими вещами, остается лучшим объяснением того, как работает гравитация. Не существует известных нарушений слабого принципа эквивалентности, любые обнаруженные нарушения также могут привести к революции в понимании природы пространства - времени и гравитации, а также их влияния на материю и энергию.

Используя более стабильные магнитные поля и другие подходы, ученые планируют провести в 10 раз более точные измерения, говорит ульмер. Работа ученых была опубликована в журнале Nature 13 августа.