Energimaterialsekvationen. |

Problemet

Big Bang var händelsen som startade universum. När det började var allt i universum energi. Cirka 10 ^ -33 sekunder efter pausen bildades material från energin när den universella temperaturen sjönk till 18 miljoner miljarder miljarder grader (68). Detta beror på att materien bara är en form av energi, som dikterats av Einsteins berömda E = mc ^ 2-ekvation. Som materia kondenserad, så borde ha antimateria. Trots dess namn är antimateria fortfarande en form av materia. Den enda skillnaden är att varje basatompartikel (protoner, neutroner och elektroner) i materien har en motsatt laddningskompanjon (anti-proton, anti-neutron och positron) i antimateria. De två eliminerar varandra och blir energi när deras motsatser möts. Baserat på detta och energiekvationen borde lika stora mängder av båda ha skapats och därmed eliminerats. Men när vi tittar runt universum har vi hittat materia överallt men inte antydan till antimateria. Inga tecken på några interaktioner mellan materie-antimateria har heller hittats. Detta innebär att lika stora mängder av båda inte fanns i början och att fysiken har kränkts (67-9).

Partikelvägar som visar kaoner. |

Förfallningspriser

1964 gjorde Val Finch och James Cronin en upptäckt om kaoner, som är kortlivade partiklar som sönderfaller till mindre partiklar. Vid undersökning av kaoner och anti-kaoner förväntade de sig att de skulle förfalla i samma takt enligt partikelfysik. De fann emellertid att de båda förfallit i olika hastigheter och till olika föremål, varvid anti-kaon sönderfaller till det mindre antalet partiklar. Denna upptäckt skulle få herren ett nobelpris i fysik (67). Detta var dock inte tillräckligt för en skillnad för att redogöra för de observerade avvikelserna. Jonathan Dorfan, chef för Stanford Linear Accelerator Center, använde en partikelaccelerator för att ytterligare undersöka sönderfallshastigheterna för partiklar och deras anti-motsvarigheter. Återigen observerades en skillnad i priser, men det räckte fortfarande inte (68). David Hamilton studerar B-mesoner, som är väsentligen tyngre kaoner, och deras antikroppar som kallas ”B-barer.” De förfaller till ännu fler partiklar och ökar därmed oddsen för en ny upptäckt. Hittills har dock inget avgörande hittats (69).

Leptogenesteori

Eftersom sönderfallshastigheterna fyller i några av luckorna i materia-antimateriellt förhållande, kan något längs en liknande väg hjälpa till att förklara allt det saknade antimaterialet. Ange neutrinoer, som är små, nästan masslösa partiklar som först upptäcktes 1930. Deras huvudsakliga källa är från kärnfusionen av stjärnor och de har förmågan att passera genom det mesta ämnet utan upptäckt. Enligt Leptogenesis Theory fanns en tung version av dessa neutrinoer i det tidiga universum. I de höga temperaturer som fanns vid den tiden, försvann de till många saker inklusive neutrinoer och anti-neutrino. På grund av naturens lilla förspänning till materia över antimateria skapades fler neutrinoer än anti-neutrino. Många av dem mötte sina motsvarigheter och blev energi. Vilka neutrino som återstod förfallna till atompartiklar. Så lika bra som denna teori fungerar är det osannolikt att det testas eftersom tunga neutrinoer är cirka 15 gånger tyngre än protoner. Ingen partikelaccelerator i världen kan skapa dessa partiklar på grund av detta. Men annat lovande arbete med neutrino är på jakt (71).

En av detektorerna som användes i T2K-experimentet. |

Neutrino-Flavor Change

Dessa neutrinoer som nämns ovan kan spela en roll i en variation av Leptogenesis Theory. Det har teoretiserats att de tre "smakerna" av neutrino (elektron, muon och tau) har förmågan att byta från en till en annan. Nyligen har forskare sett att muonneutrino blir elektronneutrino. De skickade en stråle av muonsmaken från T2K-neutrinoxperimentet vid J-PARC-laboratoriet i Tokai Village till Super-Kamiokande neutrino-detektor, ett totalt avstånd på 183 mil. Om inga sådana förändringar mellan smakerna hade inträffat, borde den andra platsen ha sett ungefär 6 elektronneutriner, härrörande från bakgrundsljud. Men de fick faktiskt cirka 23 elektronneutrino, vilket innebär att en del av muon förändrades till elektron. Det konstaterades senare att detta var ett resultat av ett W-bosonutbyte mellan neutrino och elektroner i jorden. Nu när de vet att den här processen inträffar kommer de att testa anti-muon neutrino och anti-elektron neutrino för att se om den förändringen inträffar mer, mindre eller i samma takt som vanliga motsvarigheter. Eventuella avvikelser kan kanske förklara obalansen vi ser (Moskowitz "Neutrino, " Boyle).

Antigravity

I ett annat försök att förstå obalansen såg forskarna för att se om kanske antimateria, med dess motsatta laddning och vridning, skulle skapa antigravitet, eller i stället för en dragning en drivande handling. Joel Fajans och kollegor vid CERN försökte väga antihydrogen, eller en anti-proton och en positron. Att testa detta är svårt på grund av antimatters reaktion på normal materia. Magneter används vanligtvis för att fånga antimaterialet, vilket förhindrar att det interagerar med vårt vanliga material. För att mäta massan stängde forskarna av magneterna när de först visade antiväteens position, sedan låt den falla och interagera med normal materia. Baserat på reaktionsavståndet, hastigheten och energin i reaktionen kunde de få ett mått på gravitationella interaktioner. Hittills är testerna otydliga, så de planerar att använda ett mer känsligt test som skulle kyla antiväte till en punkt där mätningar skulle vara enklare (Moskowitz "Antimatter").

Holger Muller från University of California i Berkley och forskare byggde en sådan rigg. En ljuspulsinterferometer vid 243 nanometer tittade på cirka 12 väteatomer som hade frusits ​​till nära absolut noll, cirka 0, 5 Kelvin. Partiklarna rör sig som vågor och ger forskarna deras chans att titta på gravitationsinteraktioner partiklarna har samt undersöka deras spektrum när de övergår från 1S till 2S elektronnivå. Detta experiment förstärkte ALPHA-instrumentet vid CERN, som behandlar anti-väte, och fästes till det utan mycket modifiering. Forskarna fann att spektrumet för antihydrogen inte skiljer sig från dess normala motsvarighet, något fysik förutspår exakt men inget ord än om gravitationsaspekten (Choi, Rzetelny, O'Connell).

Två kolliderande galaxer. |

Pocket of Space

Paul Dirac, forskaren som ursprungligen antydde förekomsten av antimateria, trodde att kanske isolerade fickor i rymden skulle ha det saknade antimateriet. Visuellt skulle dessa fickor se ungefär ut som deras materia, så det skulle inte vara ett genomförbart alternativ att upptäcka dem. På grund av de stora avstånden i rymden argumenterade han för att interaktion mellan dessa fickor och deras antimateriella motsvarigheter skulle vara en sällsynt händelse och därmed möjliggöra deras existens. Men på grund av sällsyntheten i deras interaktioner, när sådana händelser inträffade, borde de vara lätt att upptäcka. I själva verket, om det hände, skulle vi förvänta oss att se gammastrålar med en energiproduktion på cirka 511 000 eV, eller elektron volt. tyvärr har inga sådana interaktioner upptäckts. Paul kan dock ha haft delvis rätt. 1997 konstaterade Compton X-Ray Observatory att positroner härstammar från mitten av Vintergatan till cirka 3 500 ljusår bort. Vi vet fortfarande inte varför (Berman 22).

Vänsterhand Magnetfält

Konstigt nog kan universum ha en förspänning i sitt magnetfält. En studie ledd av Tanmay Vachaspati från Arizona State University tillsammans med forskare från Washington University och Nagoya University tittar på Fermi Gamma Ray Telescope-data som samlades in vid den tiden. Tanmay ville se om de samarbetade med hans fynd från början av 2000-talet om universum med ett magnetfält som formades som en spiral som genomsyrar hela det som ett resultat av att materien vann över antimateria. Men hur ser man magnetfältets form? Ange gammastrålar som följer dessa fältlinjer ganska bra på väg till jorden. Och data visade att spiralformen var närvarande. Detta är en betydande utveckling i jakten på det saknade antimateriet eftersom denna "vänsterhänta" som magnetfältet visar innebär att Higgsfältet gynnade materien framför antimateria (RAS).

Quarks och kollisioner

Något som forskarna har gjort lite mer in i är de faktiska subatomära strukturerna av materia och antimateria. Insikter i detta utforskas efter partikelkollisioner vid centra som Fermilab och CERN. Sådana kollisioner har avslöjat att olika ämnen och antimatterpar producerar olika energier. Elektroner och positroner gör fotoner i gammaområdet medan proton och antiprotoner gör en elektron, en anti-neutrino, en ned anti-quark, en up-quark, en botten anti-quark och en botten-quark! På vilket sätt? Tja, en proton är 2 upp-kvarkar och en ned-kvark medan en antiproton har 2 upp-antikvarker och en ner-kvark. Alla dessa komponenter ger olika material och känner olika krafter. Elektroner och positioner känner bara EM och svaga krafter medan kvarkar känner EM, svaga och starka krafter. Det är möjligen på grund av alla dessa komplexa interaktioner som det finns en obalans (räv).

Allt detta visar hur kvarker bryter mot laddningsparitetssymmetrin som de flesta partiklar verkar följa. Den säger att oavsett partikelns laddning bör fysiken agera på samma sätt som dess motsvarighet. Kvarkar bryter mot detta, men i så liten grad att de inte helt kan redogöra för skillnaderna i materia och antimateriella nivåer. Neutrinos kan vara nästa partikel som konstaterats bryta mot den, för experiment som J-PARC gjorde vid T2K-samarbetet fann att neutrinoer kanske inte svänger mellan smakerna lika, men kanske med en liten förspänning (Moskvitch).

Anti-protoner och protoner

I ett relaterat experiment som gjordes vid CERN av ett team från Max Planck Institute of Quantum Physics, Tokyo University, Wigner Research Center for Physics, och University of Brescia tittade på antiproton till elektronmassaförhållandet för att se om några avvikelser från proton till elektronmassaförhållande sågs. I så fall skulle bevis för asymmetri upptäckas. Till ingen överraskning var förhållandet detsamma som inom "800 delar per biljon." För att göra bestämningen avfyrade forskare antiprotoner på superkylda heliumatomer (cirka 1, 5 till 1, 7 Kelvin) och ungefär 3% av tiden en elektron skulle få sparken ut och ersättas av antiprotonen, vilket gav forskarna antiprotoniskt helium att undersöka. När omloppsnivån förändrades när den var upphetsad, hoppade anti-protonen och utifrån denna kunde massan bestämmas. Inte långt efter detta experiment mätte ett annat team (den här gången BASE-kollaps vid CERN) magnetfältet för ett antiproton och fann att det också gick med sin motsvarighet (Meyer-Streng, Giegerich).

Håll ögonen öppna, alla ...

Citerade verk

Berman, Bob. "Vad är Antimatter?" Upptäck oktober 2005: 22. Skriv ut.

Boyle, Rebecca. Glöm Higgs, Neutrinos kan vara nyckeln till Breaking the Standard Model ars tekniker . Conde Nast., 30 april 2014. Webb. 8 december 2014.

Choi, Charles Q. "Faller antimateria upp eller ner? Ny enhet kan ge svar." HuffingtonPost.com . Np, 1 april 2014. Webb. 30 september 2014.

Folgar, Tim. "Anti-materia." Upptäck augusti 2004: 66-71. Skriva ut.

Fox, Patrick och Adam Martin. "Kollisioner händer." Astronomi Mar. 2012: 51. Tryck.

Giegerich, Petra. "Riddle of matter förblir olöst: Proton och antiproton delar grundläggande egenskaper." innovation-report.com . innovations-rapport, 19 oktober 2017. Webben. 04. mars 2019.

Meyer-Streng, Dr. Olivia. "Matter-antimateria-symmetri bekräftas med precisionsrekord." innovation-report.com . innovations-rapport, 7 november 2016. Webben. 04. mars 2019.

Moskowitz, Clara. "Antimatter-tyngdkraft" Alpha "-experiment vid CERN Tests Force-effekt, ger tvetydigt resultat." The Huffington Post . TheHuffingtonPost.com, 30 april 2013. Webben. 26 januari 2014.

Moskvitch, Katia. "Neutrinos föreslår lösning till Mystery of Universes Existence." Quantuamagazine.org . Quanta 12 december 2017. Webben. 14 mars 2018.

---. "Neutrino 'Flavor' förändringar kan hjälpa till att lösa antimatter mysterium." The Huffington Post . TheHuffingtonPost.com, 23 juli 2013. Webben. 27 januari 2014.

O'Connell, Cathal. "Laser väcker antimateriaatomer för första gången." cosmosmagazine.org . Kosmos. Webb. 20 nov 2018.

RAS. "Vänsterhandigt kosmiskt magnetfält kan förklara saknad antimateria." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 14 maj 2015. Webb. 29 oktober 2015.

Rzetelny, Xaq. "Anti-väte spektrum omöjligt att skilja från väte." arstechnica.com . Conte Nast., 29 december 2016. Webben. 05 oktober 2018.

  • Teorier om Dark Matter och Dark Energy
    Den vanligaste synpunkten på mörk materia är att den är gjord av WIMPS, eller svagt samverkande massiva partiklar. Dessa partiklar kan passera genom normalt material, röra sig i långsam takt, påverkas vanligtvis inte av strålningsformer och kan klumpa ...
  • Vad är skillnaden mellan Matter och Antimatter ...
    Skillnaden mellan dessa två former av materia är mer elementär än det verkar. Det vi kallar materia är allt som består av protoner (subatom-partikel med positiv laddning), elektroner (sub-atompartikel med negativ laddning), ...