Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Представьте, что вы висите над планетой в очень далекой галактике. Вы не знаете, состоит ли она из материи или антиматерии, а поэтому – будет ли для вас безопасно на нее сесть. Планета заселена дружелюбными инопланетянами, с которыми вы установили радиосвязь. Они очень умны, понимают вас и настолько продвинуты, что все знают про материю и антиматерию.

Естественно, они утверждают, что состоят из материи. В конце концов было бы странно, если бы кто-то стал говорить о себе как об «анти» ком-то или имеющем «анти» что-то. Как нам определить, совпадают ли наши понятия и определения? Какие вопросы нужно задать, чтобы с абсолютной точностью выявить, что инопланетяне состоят из материи, как мы, или что они – антиинопланетяне?

Если бы материя и антиматерия всегда симметрично противопоставлялись друг другу, то этот вопрос решить было бы нельзя, только можно было бы на свой страх и риск подойти поближе или запустить крошечный непилотируемый зонд и посмотреть, что произойдет, когда он войдет в атмосферу или антиатмосферу. Хотя реакция антиинопланетян на кусок материи, аннигилирующей в их атмосфере, может оказаться не самой благоприятной, независимо от того, какими дружелюбными они казались вначале.

Однако мы знаем, что асимметрия имеет место. Она небольшая, но измеримая, и именно это могут показать электрически нейтральные К -мезоны. Они это делают при распаде, давая пион, который заряжен или положительно, или отрицательно, в компании с электроном или позитроном соответственно. Если бы материя и антиматерия были полными двойниками, то эти два распада тоже идеально совпадали бы. Но в реальности они немного отличаются друг от друга.

Нейтральный К и анти- К спаяны вместе в природе таким образом, что иногда они быстро погибают, но в других случаях живут дольше. Две возможности весьма сильно отличаются и известны как короткоживущие и долгоживущие каоны. Каждый из них демонстрирует асимметрию между материей и антиматерией, но в случае долгоживущего эффект сильнее, распад, который ведет к позитрону, слегка более вероятен, чем дающий электрон. Из двух тысяч примеров в среднем 1003 дадут позитрон, а 997 – электрон. Теперь у нас по крайней мере есть что-то для обсуждения с инопланетянами.

Вначале идентифицируйте К . Называть его так, как называем мы, бессмысленно, поскольку у инопланетян определенно будет свое название, но мы можем его идентифицировать по тому, в чем мы все соглашаемся, – его массе. Он весит немного больше, чем половина массы протона или антипротона, и его нельзя спутать ни с какими другими частицами. Так что скажите инопланетянам, что нас интересует частица, масса которой немного больше, чем половина массивной частицы, которая существует в ядре в центре самого простого атома, имеющегося у инопланетян, протона в атоме водорода (или антипротона в атоме антиводорода). Это идентифицирует К .

В дополнение к К 0без электрического заряда также есть К -плюс и К -минус с положительным или отрицательным зарядом. Так что мы должны убедиться, что мы с инопланетянами говорим об электрически нейтральной версии. Мы должны сказать, что свойство, которое удерживает атом вместе, мы называем «зарядом» – и нас интересует К , у которого нет заряда. Инопланетяне будут знать, что у этого К 0есть две формы: короткоживущая и относительно долгоживущая. Мы сосредоточим внимание на последней.

А теперь подходим к самой важной части. В нашем материальном мире (мире, где основной является материя), при распаде долгоживущего К на пион и электрон или позитрон более вероятен вариант с позитроном. Так что мы должны спросить у инопланетян: а легкая частица, которая получается чаще всего во время этих распадов, та же самая, которая встречается в ваших атомах или противоположная ей? Если инопланетяне ответят, что та же самая, то это позитрон и, соответственно, инопланетяне состоят из антиматерии, и мы можем на них смотреть, но не прикасаться к ним. Если инопланетяне ответят, что противоположная, электрон, то это значит, что они, как и мы, состоят из материи, и можно спокойно приземляться.

Антиматерия лежит в центре одной из самых больших тайн: почему ее так мало во Вселенной? По мнению большинства ученых, в результате Большого взрыва 14 миллиардов лет тому назад материя и антиматерия появились в одинаковом количестве и были идеально уравновешены. Это превращение энергии излучения в частицу и античастицу не является путешествием в один конец. Если в дальнейшем эти противоположности вступают в контакт, то они взаимно уничтожают друг друга, энергия, которая до этого была поймана в ловушку внутри них, высвобождается в виде гамма-лучей. В котле новорожденной Вселенной такие столкновения были очень широко распространены, и новорожденный материал жил недолго. Если в первое мгновение материя и антиматерия вышли из Большого взрыва в одинаковом количестве, то мгновение спустя они должны были уничтожить друг друга.