المادة والمادة المضادة: ما هو عليه ، ما هو الفرق وما علاقة النيوترينو به

المادة المضادة هي شيء شائع إلى حد ما ، سواء في الخيال العلمي أو ببساطة في النزاعات العلمية الزائفة حول "كيف يعمل كل شيء حقًا". أعطانا الخيال العلمي النجوم وأنظمة الكواكب بأكملها من المادة المضادة. دان براون ، من خلال "الملائكة والشياطين" ، جلب هذه الظاهرة للجميع تقريبا.

بشكل عام ، تكثر الخيال والخيال. في هذا المقال ، سنغطس قليلاً في التاريخ: كيف تنبأت الرياضيات البحتة بحدوث مثل هذه الظاهرة أثناء محاولتها "إهمالها" ، حتى طارت المادة المضادة نفسها إلى المكشافات. ثم سنتجاوز ما نعرفه الآن ونصل إلى أعظم صداع للفيزيائيين - لماذا كان هناك مادة أكثر في الكون من المادة المضادة؟



كُتِب هذا المقال في استمرار لدورة بطيئة جدًا حول الفيزياء النيوترينية: اكتشاف النيوتريونات ، ذبذبات النيوترينو للدمى ، النيوتريونات من المستعرات الأعظمية .

قليلا من التاريخ

بداية ميكانيكا الكم

دعنا نذهب من مسافة بعيدة ، تقريبًا من إنشاء الكمية. لم يتمكن الفيزيائيون من حساب كيفية توهج الجسم الساخن. حقيقة أنه لم يشرع أحد في ذلك ، فالفائدة بالعين المجردة واضحة ، لكن من المستحيل أن نحسب بالأرقام - التباعد المتكامل ، يتحول إلى ما لا نهاية. يقدم Max Planck خدعة بسيطة - دعنا نفترض أن الضوء ينبعث من أجزاء وليس باستمرار. وفويلا - تختفي اللانهاية ، وتتطابق نتيجة الحسابات تمامًا مع التجربة. من الممتع أن بلانك أثبت لفترة طويلة أن هذه خدعة رياضية بحتة ، وليس هناك معنى مادي هنا. التقط أينشتاين هذه الفكرة على الفور واقترح أن الضوء بشكل عام موجود بشكل حصري في شكل أجزاء منفصلة - فوتونات . ثم جادل مع بلانك لفترة طويلة وشرح له ما اكتشفه بالفعل.

ثم استدار الفيزيائيون. إن القدرة على وصف الضوء كموجة وكجسيم طائر على الفور دفعت الاقتراح إلى السير في الاتجاه المعاكس - لوصف الجسيم كموجة ، لحساب خصائص الموجة له: الطول ، التردد. لم يكن التأكيد التجريبي طويلاً في المستقبل ، وفي عام 1927 كان من الممكن إثبات تداخل الإلكترونات التي تمر عبر شقين - تأثير موجة بحت!

في أعقاب هذه الأفكار ، يقرر شرودنجر كيفية وصف أي جسيمات باستخدام معادلة الموجة. لن نتعمق في الرياضيات ، سنقول فقط إن هذه المعادلة سمحت لنا بحساب خصائص موجة الجسيمات لظروف معينة: احتمال العثور عليها في مكان معين ، واحتمال وجود سرعة معينة ، إلخ. لذلك في تلك الأيام وصفوا ظاهرة ازدواجية موجة الجسيمات .

المادة المضادة تدخل المشهد

قبل 20 عامًا ، صاغ أينشتاين نظريته النسبية الخاصة . في سياق مقالتنا ، فإن العلاقة التي أقامها بين الكتلة والطاقة والزخم مهمة للغاية. معظم الناس سوف يتذكرون هذا التعبير الشهير عن الجسيمات المريحة. $$$E = mc ^ 2$ . إنه بسيط ، جميل ، لكن لسوء الحظ ، لا ينطبق على الجزيئات المتحركة. بالنسبة لهم ، يحتاج المرء أيضًا إلى مراعاة الزخم (ع):

$$

$$E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m ^ 2c ^ 4$$

وهنا يجلس الكثير من المشاكل! وسوف يؤدي إلى اكتشاف المادة المضادة!

عملت معادلة شرودنغر بشكل جيد للجزيئات غير السريعة. في مثل هذه الحالات ، ظلت معادلات الميكانيكا النيوتونية المألوفة للجميع من المدرسة صحيحة. لكننا محاطون بالكثير من الجزيئات السريعة للغاية ، ولهم نحن بحاجة إلى استخدام المعادلة المذكورة أعلاه ، وربط الطاقة ، والزخم والكتلة. كانت المشكلة هي استخراج الجذر لإيجاد الطاقة. ابتكر بول ديراك عام 1930 طريقة صعبة للقيام بذلك باستخدام المصفوفات وقام بتعميم معادلة شرودنجر للجزيئات عالية الطاقة.

ثم صادف فصلاً مشهوراً مع المشكلة السابعة: استخراج الجذر يعطي حلين. تذكر ، عند حل المشاكل في المدرسة ، في بعض الأحيان تحصل على قرارات سلبية؟ عادة ما يكتبون "ليس له معنى مادي" ويكتبون بعناية قرارًا إيجابيًا واحدًا. على سبيل المثال ، عند حساب السيارات المتحركة ، تحصل على إجابات: -1 ساعة و 3 ساعات ، تم تجاهل أول ساعة دائمًا. لم يكن الأمر بلا معنى ، فقبل ساعة كانت السيارات حقًا في مرحلة ما ، ولكن للإجابة على السؤال: "متى سيجتمعون في المستقبل؟" ، ليس جيدًا.

لذلك ، تلقى ديراك ، بحساب حركة الإلكترون ، حلولاً ذات طاقة سلبية. كانت الفكرة الأولى هي تجاهل هذه الإجابة بأنها "ليس لها معنى مادي". ولكن ، كما في حالة الآلات ، يجب أن يكون هناك بعض المعنى وراء هذا القرار!

إذا سمحنا بوجود مثل هذه الحالات ذات الطاقة السلبية (وشحنة موجبة) ، فستكون هناك فوضى كاملة في الفيزياء. دعونا نلقي نظرة على مثال لصورة بسيطة:



هنا ، الطاقة العمودية هي طاقة الجسيمات. في أعلى الخلفية الصفراء توجد إلكترونات عادية ذات طاقة موجبة وشحنة سالبة. كلما زادت الطاقة ، زادت السرعة - كل شيء واضح بشكل حدسي. ولكن أسفل أدناه ... منطقة غريبة زرقاء ضخمة. هناك ، إذا انخفضت الطاقة ، وبعبارة أخرى ، يذهب أعمق في ناقص ، ثم تزيد السرعة. كيف هذا؟

كذلك أسوأ. بعد كل شيء ، يميل أي نظام إلى الحد الأدنى من الطاقة ، وعادة ما تكون الكرة في أسفل الحفرة. لذلك سوف تميل جميع الإلكترونات على الإطلاق إلى الهبوط ، متسارعة بلا توقف ... بشكل عام ، لن يكون هناك إلكترون في العالم.

ديراك ، الذي يعشق جمال الرياضيات ، أصر على أن الحل يجب أن يكون منطقيًا. لهذا انتقد مرارا وتكرارا. أعلن عمياء بعد الرياضيات ، على الرغم من المعنى المادي. يكفي أن أقتبس هايزنبرغ ، بالمناسبة ، صديق مقرب من ديراك:

الفصل الأسوأ في الفيزياء الحديثة هو وما زال نظرية ديراك ...
أنا أعتبر الأمر مجرد هراء ، لا يمكن لأحد أن يأخذه على محمل الجد.

لكن ديراك واصل إنقاذ نظريته ، وفي الوقت نفسه كل الفيزياء. اقترح أن هذه المنطقة الزرقاء مليئة بالفعل بالإلكترونات ، ولهذا السبب لا تقع هناك من فوق - لا يوجد مكان (تذكر مبدأ باولي ؟). إنها مجرد خاصية الفراغ بحيث تمتلئ المنطقة الزرقاء بأكملها. تسمى هذه الطبقة الممتلئة من الجزيئات "بحر ديراك". ومن المثير للاهتمام هنا النظر في حالتين:

1. يمكنك ركل إلكترون في المنطقة الزرقاء ، على سبيل المثال ، باستخدام فوتون. سيحصل على الكثير من الطاقة وسيقفز إلى المنطقة الصفراء. الآن سيكون لدينا إلكترون (مع طاقة موجبة - كل شيء على ما يرام) وفتحة (عدم وجود إلكترون) في المنطقة الزرقاء ، والتي سوف تتصرف مثل الجسيمات الإيجابية.
2. من الطبيعي أن ينجذب الإلكترون المشحون سالبًا إلى ثقب إيجابي وقد يسقط فيه. ثم الإلكترون سوف يتوقف عن الوجود ، وسوف تملأ الثقب.

يبقى السؤال - مع ما الذي يمكن أن نحدده في العالم من حولنا؟ اقترح ديراك بروتون. الذي لاحظ أوبنهايمر بحق أن هذا يعرض للخطر وجود ذرة الهيدروجين - لأن البروتون والإلكترون يمكن أن يجتمع ويختفي.

اكتشاف تجريبي

لذلك ، نأتي إلى البحث التجريبي عن مرشح لدور "ثقب" في بحر ديراك. نحن نعلم أنه يجب أن يتم شحنه بشكل إيجابي ومتساوي تقريبا في الكتلة للإلكترون.

من المفترض أن أول جسيمات غريبة قد لاحظها ديمتري سكوبلتسين في العشرينات. استطاع أن يلاحظ مسارات في كاشف يشبه الإلكترون ، ولكن بشحنة موجبة. لم يستطع تفسير مثل هذا التأثير ، ولم يتم نشر المقال.

بعد Skobeltsyn ، يدخل طلاب المرحلة العليا روبرت ميليكين الحائز على جائزة نوبل (جائزة للعمل على التأثير الكهروضوئي وقياس شحنة الإلكترون) المرحلة التاريخية. أحدهم ، تشونغ ياو تشاو ، لاحظ مرور الفوتونات عبر رقائق الرصاص. ووجدت أيضا جزيئات غير عادية. لكن لم يؤمن قائدها ولا المجتمع العلمي بالنتائج ولم يحصلوا على التقدير. بالمناسبة ، لاحظ طالب الدراسات العليا الثاني ، كارل أندرسون ، صديق تشاو ، فوتونات الأشعة الكونية في غرفة ويلسون . توقع زعيمها أن يرى كيف سيقسمون الذرات إلى بروتونات وإلكترونات. طار الجسيمات في الغرفة أساسا من أعلى إلى أسفل. ومرة أخرى ، تم اكتشاف "إلكترونات" بينها ، مما أدى إلى تشتيت الجانب الآخر في مجال مغناطيسي - أي بالشحن الإيجابي. في البداية اعتقد أندرسون أن هذه كانت إلكترونات عادية ، لكنها تطير من أسفل إلى أعلى. وأضاف لوحة الرصاص إلى التجربة للتأكد من أن الجزيئات وصلت بالضبط من أعلى. لكن ميليكين لم يصدق طالب الدراسات العليا. أندرسون ، بعد محاولات فاشلة طويلة لإقناع رئيسه ، مع ذلك نشر عمله. تجدر الإشارة إلى أنه لا يعرف أندرسون ولا ميليكان على الأرجح عن نظرية ديراك. لم يكن لدى أحد فكرة تحديد جزيئات غير عادية لها "فتحات" في "بحر ديراك".

اتخذت الخطوة التالية في كامبردج بلاكيت ووكسياليني. تمكنوا من تصوير عدد كبير بما فيه الكفاية من المسارات من الجسيمات الإيجابية الخفيفة. كانوا يعرفون بالفعل عن نظرية ديراك ، لكنهم لم يأخذوها على محمل الجد.

بعد قراءة أعمال الزملاء ، نشر أندرسون وصفًا ثانيًا أكثر تفصيلًا لتجاربه. أخيرًا ، وتحت ضغط عدد كبير من الأدلة ، أدرك الجمهور اكتشاف البوزيترون - وهذا ما أطلق عليه ديراك. لاكتشافه ، حصل أندرسون على جائزة نوبل في عام 1936.

ألاحظ أنه يمكن للجميع اليوم مراقبة المادة المضادة. إرشادات حول كيفية جعل كاميرا سحابة Wilson كاملة ( على سبيل المثال ). يبقى فقط لإضافة مغناطيس كهربائي إليها لفصل الجسيمات المشحونة بشكل معاكس.

الآن نحن نعرف أن المادة المضادة موجودة. في اتفاق واضح مع النظرية ، يكون للجسيم والجسيم المضادة نفس الكتلة ، لكن الشحنات المعاكسة. عادة ما يتحدثون عن شحنة كهربائية. لكن تجدر الإشارة إلى أن الرسوم الكمومية الأخرى يجب أن تكون عكسية تمامًا (أو أن كلاهما يساوي الصفر). أي إذا شارك الجسيم في تفاعل نووي قوي ، فلن يذهب الجسيم المضاد إلى أي مكان - إنه سيشارك.

المادة المضادة في الكون

تم اكتشاف المادة المضادة الأولى باستخدام الأشعة الكونية. هذه الأشعة نفسها لم تصل إلى الأرض ، ولكنها تولدت زخات كاملة من الجزيئات الثانوية في جو الكوكب. وهذا ما رآه أندرسون والشركة. من المنطقي تمامًا طرح السؤال - ما مقدار هذا المادة المضادة في الكون وأين تبحث عنه؟ كما نرى ، لا وجود لها على الأرض ، وإلا فإنها ستقضي بنشاط على المواد العادية. هل في الفضاء؟ ليس من السهل الإجابة. في الأساس ، نلاحظ الفضاء في الأشعة الكهرومغناطيسية. وهذا هو ، الفوتونات تأتي إلينا. هم الجسيمات الخاصة بهم. ينتج كل من البوزيترون والإلكترون نفس الفوتون. مثل الهيدروجين / الهيدروجين المضاد. ماذا لو كان كل شيء (باستثناء الأرض) مصنوعًا من مادة مضادة؟ ثم في اجتماع ننتظر التدمير الكامل في ومضة قوية.
في الواقع ، الفضاء ليس فارغا جدا. النظام الشمسي مليء بالكويكبات والمذنبات والغبار. الغبار في علم الفلك ، فقط في حالة ، كل شيء أقل من متر في القطر. كل هذا يصطدم باستمرار ويتفاعل مع بعضهم البعض. إذا التقى العالم والعالم في مكان ما ، فسنرى ذلك على الفور. دعونا ننظر على نطاق أوسع - مجرة ​​درب التبانة. لكنها مليئة بسحب الغاز ، فهي ليست معزولة عن بعضها البعض. يجب أن تتألق حدود العالم والمضادة للعالم بشكل مشرق للغاية. حسنا ، مع المجرة ، أرى. إذا ذهبت إلى أحلك مناطق الكون - إلى المسافة بين المجموعات الفائقة من المجرات ، فستكون هناك عدة ذرات هيدروجين لكل مائة متر مكعب. نعم ، هذا صغير جدًا ، ولكن يجب أن تأتي إشارة الإبادة بدقة عند تردد واحد. ستحدث أحداث نادرة في الكون باستمرار ولن يكون من الصعب اكتشاف إشارة ذات طاقة محددة بوضوح. حتى الآن ، تظهر ملاحظاتنا أنه لا يوجد مادة مضادة على نطاق واسع في الكون.

يطرح سؤال أساسي: كيف شكل الهيمنة الكاملة للمادة على المادة المضادة؟ يمكن اقتراح سيناريوهين:

1. لنفترض أنه كان هناك المزيد من الجوهر في الكون منذ البداية. من بداية الانفجار الكبير.
2. في البداية ، كانت المادة والمواد المضادة بنسب متساوية. ثم بطريقة ما كان هناك المزيد من الجوهر.

الطريقة الأولى تبدو بسيطة للغاية. لكنها لا تتفق بشكل جيد مع فهمنا للكون المبكر. في المراحل المبكرة ، كان يتكون بشكل أساسي من الإشعاع (الفوتونات) ، وليس لديهم شركاء معادون. أي أنهم لم يتمكنوا من إنشاء جزيئات أو جسيمات مضادة فقط. علاوة على ذلك ، هذه الفرضية ليست أنيقة للغاية. في مواجهة مشكلة ، نصلح بشكل مصطنع القيمة المطلوبة لمعلمة النموذج. على العكس من ذلك ، تحاول الفيزياء تقليل عدد المعلمات (الأولية) التي من صنع الإنسان وتعظيم حرية الطبيعة.

لذلك تحتاج إلى التوصل إلى طريقة لتوليد تفوق المادة على المادة المضادة بنسب أولية متساوية. بادئ ذي بدء ، نسأل أنفسنا - ما هو مقدار المادة التي كانت في بداية الكون؟ تشير ملاحظاتنا إلى أنه مقابل 1000000000 زوج من أزواج الكوارك المتطابقة ، كان هناك كوارك إضافي واحد. مع مرور الوقت ، أهلكت هذه الملايين من الأزواج ، ومن جسيم واحد "إضافي" ، خرج كل محتوى الكون الذي يمكننا رؤيته من حوله. علينا فقط أن نتعرف على كيفية تشكيل هذا التباين الصغير الذي وضع الأساس لعالمنا.

ظروف ساخاروف

ما الذي نحتاجه لإنشاء مثل هذا التباين؟

1) عملية تتغير $$$N_ {baryons} -N_ {anti-baryons}$ . بعد كل شيء ، من الواضح أننا إذا وضعنا / دمرنا الباريونات ومضادات الباريون (اقرأ ، الكواركات / الكواركات المضادة) معًا ، فلن نكسر التماثل.

فكر في كل شيء؟ لا يهم كيف!
لذلك وجدنا عملية تخلق عددًا أكبر من الباريونات أكثر من الباريونات. فتح الشمبانيا؟ لا. يمكن بسهولة العثور على عملية النسخ المتطابقة التي تخلق مضادات الباريونات بنفس المقدار بالضبط.

2 أ) هناك حاجة إلى اختلاف في العمليات الخاصة بالجزيئات وللجسيمات المضادة. وهذا ما يسمى انتهاك C- التماثل (تهمة ، تهمة).

2 ب) نحتاج أيضًا إلى اختلاف قوانين الفيزياء في عالم معاكس. لماذا هذا ايضا؟ لنفترض أن لدينا قوانين مختلفة للجزيئات والجسيمات المضادة. ولكن فجأة يتم التعبير عنها في حقيقة أن الجسيمات المضادة تطير "إلى اليسار" ، والجزيئات "إلى اليمين"؟ مرة أخرى يتم تعويض كل شيء. من الضروري كسر هذا التناظر. وهذا ما يسمى ف التماثل (التكافؤ ، المكاني).

هناك ثلاثة تماثلات أساسية في الفيزياء - C ، P ، T. لقد قابلت الأولين ، والثالث مؤقت ، ونغير تدفق الوقت إلى الاتجاه المعاكس. كل ذلك معا يجب الحفاظ عليها. وإلا $$$E = mc ^ 2$ ينهار.

من أجل ترتيب العصيدة في رأسك بطريقة ما ، والتي تم تحضيرها بالكامل بالفعل ، دعونا نلقي نظرة على صورة بسيطة توضح بوضوح كيف وكيف يتغير كل تناظر. دعنا نقول لدينا جوهر الكوبالت. إنه مغناطيس صغير ، أو بشكل أكثر دقة ، لديه دوران غير صفري. النواة مشعة ويمكن أن تنبعث منها الإلكترونات. كيف ستبدو هذه الصورة إذا طبقنا تماثلات مختلفة؟



ج - يغير الجزيئات إلى جسيمات مضادة
P - عكس اتجاه السفر ، لكنه يحتفظ باتجاه الدوران. بعد كل شيء ، إذا كنت تأخذ كرة تطير في دائرة ، أدر سرعتها ووضعها في الجانب الآخر من الدائرة ، فسوف تستمر في الدوران في نفس الاتجاه. غالبًا ما يتم تحديد الدوران (التمغنط) بالتحديد بالتناوب ، لذلك لا يتغير عند النسخ المتطابق.

3) كل هذا يجب أن يكون مصحوبًا بعمليات غير متجانسة: نوع من المرحلة الانتقالية أو التوسع غير المتجانس.

وقد لوحظ الشرط الثالث في الكون ، وعدم التجانس هناك كان فظيعا. الشرط الأول هو خارج نطاق هذا المقال مفصل بالفعل. أستطيع أن أقول فقط أن هناك حلول لهذه المشكلة. نحن نركز على الأكثر إثارة للاهتمام ، في رأيي ، الفقرة رقم 2.

اضطرابات كوارك

للوهلة الأولى ، تبدو الظروف رائعة. بعد كل شيء ، نحن متأكدون تقريبًا من أن الجزيئات والجسيمات المضادة متناظرة تمامًا. واليسار جميع أكثر! لكن الطبيعة نفسها لا تستطيع ، من دون تدخل بشري ، أن تحدد مكانها وأين هي على حق؟ اتضح ربما.
في عام 1956 ، أجرى وو تجربته الشهيرة. كل شيء تمامًا كما في الصورة أعلاه للتماثل المكاني (P). ويقارن عدد الإلكترونات التي تطير لأعلى ولأسفل. واتضح أن تكون مختلفة! قوانين الفيزياء مختلفة عن عالمنا والمرايا.
القول بأن علماء الفيزياء فوجئوا هو أن لا يقول شيئًا. فقدان لانداو لهذا التناظر بخيبة أمل كبيرة. لكنه كان متأكدًا من أنه ينبغي الحفاظ على التماثل المشترك للجزيئات / الجسيمات المضادة واليمين / اليسار (CP).

المفسد - لا. في عام 1964 ، مع ملاحظة ميزون K ، تم اكتشاف انتهاك لتماثل CP . بعد سنوات ، تم اكتشاف هذا التأثير لميزون B (2001) ، وفي ربيع هذا العام (2019) تم الإعلان عن اكتشاف هذا التأثير لميزون D. لماذا هذا مهم للجزيئات المختلفة؟ وهي تتكون من كواركات مختلفة. حقيقة أن التأثير يعمل بنفس الطريقة بالنسبة لهم جميعًا يظهر جيدًا أن نموذج الكوارك الخاص بنا يصف الواقع تمامًا.

يبدو أن كل شيء نحتاجه لإنشاء الكون جاهز. لكن لا. كان التأثير صغيرًا جدًا. لم يكن كافياً لإنشاء كوارك إضافي واحد لأزواج الكواركات القديمة التي تقدر بـ 10،000،000،000.

كيف يمكن للنيوتريونات المساعدة

لذلك ، لحل هذه المشكلة بمساعدة الكواركات فشلت. ماذا يوجد أيضًا في نموذج الجسيمات الأساسي القياسي الذي يمكن أن يساعد؟



اللبتونات (الإلكترون ، الميون ، النيوترينو ، إلخ).لوحظ هذا التأثير المثير للاهتمام بالنسبة لهم: يمكنهم تغيير أنواعهم في دائرة - تتحول إلى بعضها البعض ، وتسمى هذه العملية التذبذبات النيوترينية . وفي هذه العملية بالتحديد ، يمكن للمرء أن يجد الانتهاك ضروريًا للغاية لفيزياء CP ، والتي يمكن أن تكون أقوى بكثير من الكواركات.

هناك تجارب كافية في العالم للتحقيق في هذا التأثير. ولكن من أجل قياس الفرق بين خصائص النيوتريونات ومضادات الفطريات ، يحتاج المرء إلى ملاحظة كلا النوعين من الجزيئات في ظل ظروف مماثلة. علاوة على ذلك ، هناك حاجة إلى إحصاءات ضخمة ، لأنه من المتوقع أن يكون التأثير ضئيل للغاية. عادة ، ليست الطبيعة حساسة للغاية للفرق بين الجسيمات والجسيمات المضادة. في الوقت الحالي ، لا يمكن إجراء مثل هذه القياسات سوى تجارب المسرع القادرة على قياس تذبذبات النيوترينو عند الطيران مئات الكيلومترات. دعونا ننظر في ما هو عليه وكيف يتم تنفيذه.

تجارب مسرع مع النيوتريونات

في الستينيات من القرن العشرين ، ولأول مرة ، كان من الممكن استخدام المعجلات لإنتاج عدد كبير من النيوتريونات. في بداية القرن الحادي والعشرين ، بدأت هذه التكنولوجيا تستخدم لدراسة التذبذبات النيوترينية. مخطط إنتاج شعاع النيوترينو المكثف بسيط للغاية: يتم توجيه شعاع البروتون إلى هدف الجرافيت ، حيث يصطدم مع ذرات الكربون. في هذه التصادمات ، يطير عدد كبير من الميسون (أزواج الكوارك المضادة للكوارك). يتم شحن هذه الجزيئات غير المستقرة. حتى تتحلل ، فإنها تركز مع مجال مغناطيسي لإنشاء شعاع مكثف موجه بدقة إلى الكاشف. ثم تتحلل إلى النيوتريونات ، والآن لدينا عدد كبير من النيوتريونات تطير بدقة إلى جهاز الكشف.


واحدة من التجارب الرائدة في العالم في هذا المجال هي T2K (Tokai-to-Kamioka) ، التي بنيت في اليابان.



يتم إنتاج النيوتريونات على الساحل الشرقي لليابان باستخدام مسرع البروتون. ثم يطيرون على بعد 300 كيلومتر في سمك الأرض ويسقطون في كاشف بعيد - برميل سعة 50 كيلو طن من مياه SuperKamiokande. في طريقهم ، يمكنهم تغيير نوعهم: يتحولون من muon neutrinos إلى أخرى إلكترونية. في الآونة الأخيرة ، وردت مؤشرات على أن النيوتريونات ومضادات النيوتريونات تتصرف بشكل مختلف. وهي تنتهك التماثل CP.
ربما يكون هذا جزءًا لا يتجزأ من الآلية التي سمحت لكوننا بالتشكل بشكل شبه حصري من المادة.


صور داخل SuperKamiokande أثناء العمل في العام الماضي. بالقرب من الجدار البعيد ، يمكن رؤية الناس في القارب ؛ رجل يعمل أيضًا على الطوف على اليسار.

T2K NOvA . HyperKamiokande DUNE . SuperKamiokande. 5 , — .

?..

, . , , , . . , . , .

. ? , ! , . , , (, /) .

ربما يتذكر القارئ الذكي وجود نيوترون - جسيم محايد ، والذي يشكل مع بروتون نواة الذرات. لكن لا ، النيوترون هو جسيم لا يتجزأ. يتكون من الكواركات ، مما يعني أن antineutron يجب أن يتكون من التحف. نظرًا لأن الكواركات لها شحنة ، يجب أن يختلف مضاداتها المضادة عن الجسيمات الأصلية.

النيوترينو هو جزيء فريد في هذا الصدد. وما الفائدة التي يمكن أن نستمدها من هذا؟ تخيل وجود النيوترينو الذي ولد في تسوس بيتا الطبيعي. سيكون مضاد للنيوترينو. جنبا إلى جنب مع ذلك ، سوف يطير الإلكترون من النواة. لكن هذا المضاد للنيوترينو لا يمكن أن يتفاعل كجسيم مضاد ، ولكن كجسيم ، لأنه يمكن أن يكون هو نفسه. والنتيجة هي إلكترون آخر.

نتيجة لذلك: من لا شيء حصلنا على إلكترونين. ليس بوزيترون ، أي إلكترون! فيما يلي مثال على كيفية الاستفادة من مادة ما على مادة مضادة. بحث نشط عن التناظرية لمثل هذه العملية جارية. ويطلق عليه النيوترينول تسوس بيتا المزدوج . المنشآت الحساسة بشكل لا يصدق ( واحد ، اثنان ، ثلاثة ، إلخ) تقف عميقًا تحت الأرض للحماية من اختراق الأشعة ، غالبًا في بيئة نظيفة للغاية. يحاولون تسجيل حدث واحد على الأقل ، مما سيؤدي إلى ولادة إلكترونين من نيوترونين. إن اكتشاف مثل هذا التأثير سيجعل من الممكن الإشارة بشكل لا لبس فيه إلى أن النيوتريونات ومضادات الفطريات عبارة عن جزيئات متطابقة. ولكن حتى الآن لم يتم العثور على مثل هذه الأحداث ويستمر البحث.



في السنوات المقبلة ، يمكننا أن نتوقع اكتشافات مثيرة للاهتمام في فيزياء النيوترينو ، والتي يمكن أن تلقي الضوء على مشكلة هيمنة المادة في الكون.

ترقبوا!


(ج) مجلة التماثل


أود أن أشكر زملائي ومجتمع CERNach على مساعدتهم في العمل على هذه المقالة. أذكرك أنه في CERNach يمكنك أن تجد آخر الأخبار عن فيزياء الجسيمات ، ومؤخرا ، تيارات من CERN نفسها.