Materi dan antimateri: apa itu, apa bedanya dan apa yang harus dilakukan oleh neutrino dengannya

Antimateri adalah hal yang agak populer, baik dalam fiksi ilmiah dan hanya dalam perselisihan ilmiah tentang "bagaimana semuanya benar-benar bekerja". Fiksi ilmiah memberi kita bintang dan seluruh sistem antimateri planet. Dan Brown, melalui "Angels and Demons", membawa fenomena ini ke hampir semua orang.

Secara umum, fiksi dan spekulasi berlimpah. Dalam artikel itu, kita akan terjun sedikit ke dalam sejarah: bagaimana hampir matematika murni meramalkan fenomena seperti itu ketika mereka mencoba untuk "mengabaikan" itu, sampai antimateri itu sendiri terbang ke detektor. Lalu kita akan membahas apa yang kita ketahui sekarang dan sampai pada sakit kepala terbesar fisikawan - mengapa ada lebih banyak zat di alam semesta daripada antimateri?



Artikel ini ditulis sebagai kelanjutan dari siklus yang sangat lamban tentang fisika neutrino: penemuan neutrino , osilasi neutrino untuk boneka, neutrino dari supernova .

Sedikit sejarah

Awal mula mekanika kuantum

Mari kita pergi dari jauh, hampir dari penciptaan kuantum. Fisikawan tidak berhasil menghitung bagaimana tubuh yang dipanaskan bersinar. Fakta bahwa itu menyala tidak ada yang berselisih, manfaat dengan mata telanjang terlihat, tetapi tidak mungkin untuk menghitung jumlahnya - integral terpisahkan, ternyata tak terhingga. Max Planck menawarkan trik sederhana - mari kita asumsikan bahwa cahaya dipancarkan dalam porsi, dan tidak terus menerus. Dan voila - infinity menghilang, dan hasil perhitungan sangat cocok dengan percobaan. Sangat menyenangkan bahwa Planck membuktikan untuk waktu yang sangat lama bahwa ini adalah trik matematika murni, dan tidak ada makna fisik di sini. Einstein segera mengambil ide ini dan menyarankan bahwa cahaya secara umum ada secara eksklusif dalam bentuk bagian-bagian yang terpisah - foton . Dan kemudian dia berdebat dengan Planck untuk waktu yang lama dan menjelaskan kepadanya apa yang sebenarnya dia temukan.

Kemudian fisikawan berbalik. Kemampuan untuk menggambarkan cahaya baik sebagai gelombang dan sebagai partikel terbang segera mendorong proposal untuk pergi ke arah yang berlawanan - untuk menggambarkan partikel sebagai gelombang, untuk menghitung karakteristik gelombang untuk itu: panjang, frekuensi. Konfirmasi eksperimental tidak lama datang, dan pada tahun 1927 dimungkinkan untuk menunjukkan interferensi elektron yang melewati dua celah - efek gelombang murni!

Setelah ide-ide ini, Schrödinger memutuskan bagaimana mendeskripsikan partikel apa pun menggunakan persamaan gelombang. Kami tidak akan terjun jauh ke dalam matematika, kami hanya akan mengatakan bahwa persamaan ini memungkinkan kami untuk menghitung karakteristik gelombang dari suatu partikel untuk kondisi tertentu: probabilitas menemukannya di tempat tertentu, probabilitas memiliki kecepatan tertentu, dll. Jadi pada masa itu mereka menggambarkan fenomena dualitas gelombang-partikel .

Antimateri memasuki lokasi

20 tahun sebelum itu, Einstein merumuskan teori relativitas khususnya . Dalam konteks artikel kami, hubungan yang dibangun antara massa, energi, dan momentum sangat penting. Kebanyakan orang akan mengingat ungkapan terkenal ini untuk sebuah partikel saat istirahat. $$$E = mc ^ 2$. Ini sederhana, indah, tetapi, sayangnya, tidak berlaku untuk partikel yang bergerak. Bagi mereka, seseorang juga perlu memperhitungkan momentum (p):

$$

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

Dan di sini duduk banyak masalah! Mereka akan mengarah pada penemuan antimateri!

Persamaan Schrödinger bekerja dengan baik untuk partikel yang tidak terlalu cepat. Dalam kasus seperti itu, persamaan mekanika Newton yang dikenal semua orang dari sekolah tetap benar. Tetapi kita dikelilingi oleh banyak partikel yang sangat cepat, dan bagi mereka kita perlu menggunakan persamaan di atas, menghubungkan energi, momentum dan massa. Masalahnya adalah mengekstrak akar untuk menemukan energi. Paul Dirac pada tahun 1930 muncul dengan cara yang sulit untuk melakukan ini menggunakan matriks dan menggeneralisasi persamaan Schrödinger ke partikel berenergi tinggi.

Kemudian dia menemukan kelas terkenal dengan masalah ke-7: mengekstraksi root memberikan dua solusi. Ingat, saat menyelesaikan masalah di sekolah, terkadang Anda mendapat keputusan negatif? Biasanya mereka menulis "tidak memiliki makna fisik" dan dengan hati-hati menuliskan satu keputusan positif. Misalnya, menghitung saat memindahkan mobil bertemu, Anda mendapatkan jawaban: -1 jam dan 3 jam, yang pertama selalu dibuang. Bukan tanpa makna, satu jam yang lalu mobil benar-benar pada satu titik, tetapi untuk menjawab pertanyaan: "Kapan mereka akan bertemu di masa depan?", Tidak baik.

Jadi, Dirac, yang menghitung pergerakan elektron, menerima solusi dengan energi negatif. Gagasan pertama adalah membuang jawaban ini sebagai "tidak memiliki makna fisik." Tetapi, seperti dalam kasus mesin, masih harus ada perasaan di balik keputusan ini!

Jika kita membiarkan keberadaan keadaan demikian dengan energi negatif (dan muatan positif), maka dalam fisika akan terjadi kekacauan total. Mari kita lihat contoh gambar sederhana:



Di sini, energi vertikal adalah energi partikel. Di atas latar belakang kuning adalah elektron biasa dengan energi positif dan muatan negatif. Semakin banyak energi, semakin besar kecepatan - semuanya jelas secara intuitif. Tapi di bawah ... Area eksotis biru besar. Di sana, jika energi berkurang, dengan kata lain, masuk lebih dalam ke minus, maka kecepatan meningkat. Bagaimana itu ?!

Lebih buruk lagi. Bagaimanapun, sistem apa pun cenderung ke energi minimum, bola akan selalu cenderung berada di dasar lubang. Jadi benar-benar semua elektron akan cenderung jatuh ke bagian paling bawah, mempercepat tanpa henti ... Secara umum, tidak akan ada elektron di dunia.

Dirac, yang jatuh cinta pada keindahan matematika, bersikeras bahwa solusi harus masuk akal. Untuk ini dia berulang kali dikritik. Dia dinyatakan secara membabi buta mengikuti matematika, meskipun makna fisik. Ngomong-ngomong, cukup mengutip Heisenberg, teman dekat Dirac:

Bab paling menyedihkan dalam fisika modern adalah dan tetap menjadi teori Dirac ...
Saya menganggapnya hanya sampah, yang tidak bisa dianggap serius oleh siapa pun.

Tetapi Dirac terus menyimpan teorinya, dan pada saat yang sama semua fisika. Dia menyarankan bahwa wilayah biru ini sudah dipenuhi dengan elektron, dan itulah sebabnya mereka tidak jatuh ke sana dari atas - tidak ada tempat (ingat prinsip Pauli ?). Hanya saja properti vakum sedemikian rupa sehingga seluruh area biru terisi. Lapisan partikel yang penuh seperti itu disebut "Laut Dirac". Di sini menarik untuk mempertimbangkan dua kasus:

1. Anda dapat menendang elektron di daerah biru, misalnya, dengan foton. Dia akan menerima banyak energi dan akan melompat keluar ke zona kuning. Sekarang kita akan memiliki elektron (dengan energi positif - semuanya dalam urutan) dan sebuah lubang (kekurangan elektron) di zona biru, yang akan berperilaku seperti partikel positif.
2. Elektron bermuatan negatif secara alami akan tertarik ke lubang positif dan bahkan mungkin jatuh ke dalamnya. Kemudian elektron akan berhenti ada, dan lubang akan terisi.

Pertanyaannya tetap - dengan apa yang mengidentifikasi lubang di dunia di sekitar kita? Dirac mengusulkan proton. Oppenheimer yang dengan tepat mengatakan bahwa ini membahayakan keberadaan atom hidrogen - karena proton dan elektron kemudian dapat bertemu dan menghilang.

Penemuan eksperimental

Jadi, kita sampai pada pencarian eksperimental untuk kandidat untuk peran "lubang" di Laut Dirac. Kita tahu bahwa itu harus bermuatan positif dan kira-kira memiliki massa yang sama dengan elektron.

Diasumsikan bahwa partikel aneh pertama diamati oleh Dmitry Skobeltsyn pada 20-an. Dia berhasil melihat jejak di detektor yang tampak seperti elektron, tetapi dengan muatan positif. Dia tidak bisa menjelaskan efek seperti itu, dan artikel itu tidak dipublikasikan.

Setelah Skobeltsyn, mahasiswa pascasarjana peraih Nobel Robert Milliken (hadiah untuk bekerja pada efek fotolistrik dan mengukur muatan elektron) memasuki tahap sejarah. Salah satunya, Chung-Yao Chao, mengamati jalannya foton melalui kertas timah. Dan juga ditemukan partikel yang tidak biasa. Tetapi baik pemimpinnya, maupun komunitas ilmiah tidak mempercayai hasilnya, dan mereka tidak menerima pengakuan. Mahasiswa pascasarjana kedua, Karl Anderson , omong-omong, seorang teman Chao, mengamati foton sinar kosmik di kamar Wilson . Pemimpinnya berharap untuk melihat bagaimana mereka akan memecah atom menjadi proton dan elektron. Partikel-partikel di ruang terbang terutama dari atas ke bawah. Dan lagi, "elektron" ditemukan di antara mereka, membelokkan sisi lain dalam medan magnet - yang bermuatan positif. Awalnya Anderson berpikir bahwa ini adalah elektron biasa, tetapi terbang dari bawah ke atas. Dia menambahkan pelat timah pada percobaan untuk memastikan bahwa partikel tiba tepat dari atas. Tapi di sini Milliken tidak percaya pada mahasiswa pascasarjananya. Anderson, setelah upaya panjang yang gagal untuk meyakinkan bos, tetap menerbitkan karyanya. Perlu dicatat bahwa baik Anderson maupun Millikan kemungkinan besar tidak tahu tentang teori Dirac. Tidak ada yang punya ide untuk mengidentifikasi partikel yang tidak biasa dengan "lubang" di "Laut Dirac".

Langkah selanjutnya diambil di Cambridge Blackett dan Occialini. Mereka berhasil memotret sejumlah besar jejak partikel positif cahaya. Mereka sudah tahu tentang teori Dirac, tetapi masih belum menganggapnya serius.

Anderson, setelah membaca karya rekan-rekannya, menerbitkan deskripsi eksperimen yang lebih rinci dan kedua. Akhirnya, di bawah tekanan sejumlah besar bukti, publik mengakui penemuan positron - inilah yang disebut partikel oleh Dirac. Untuk penemuannya, Anderson menerima Hadiah Nobel pada tahun 1936.

Saya perhatikan bahwa hari ini semua orang dapat mengamati antimateri. Petunjuk tentang cara membuat kamera cloud Wilson lengkap ( misalnya ). Tinggal menambahkan elektromagnet untuk memisahkan partikel bermuatan berlawanan.

Sekarang kita tahu antimateri itu ada. Dalam kesepakatan yang jelas dengan teori tersebut, partikel dan antipartikel memiliki massa yang sama, tetapi memiliki muatan yang berlawanan. Biasanya mereka berbicara tentang muatan listrik. Tetapi perlu diingat bahwa muatan kuantum lainnya harus benar-benar berlawanan (atau keduanya sama dengan nol). Artinya, jika sebuah partikel berpartisipasi dalam interaksi nuklir yang kuat, maka antipartikel tidak akan pergi ke mana pun - ia akan berpartisipasi.

Antimateri di alam semesta

Antimateri pertama ditemukan menggunakan sinar kosmik. Sinar-sinar ini sendiri tidak mencapai bumi, tetapi menghasilkan seluruh hujan partikel sekunder di atmosfer planet ini. Dan itulah yang dilihat Anderson dan perusahaan. Sangat logis untuk mengajukan pertanyaan - berapa banyak antimateri ini ada di Semesta dan di mana mencarinya? Seperti yang bisa kita lihat, itu tidak ada di Bumi, kalau tidak ia akan secara aktif dimusnahkan dengan materi biasa. Apakah itu di luar angkasa? Tidak mudah untuk dijawab. Pada dasarnya, kami mengamati ruang dalam sinar elektromagnetik. Artinya, foton datang kepada kita. Mereka adalah antipartikel mereka sendiri. Baik positron dan elektron akan menghasilkan foton yang persis sama. Seperti hidrogen / antihidrogen. Bagaimana jika semuanya (kecuali Bumi) terbuat dari antimateri? Dan kemudian di sebuah pertemuan kami menunggu kehancuran total dalam sekejap.
Pada kenyataannya, ruang tidak begitu kosong. Tata surya penuh dengan asteroid, komet, dan debu. Debu dalam astronomi adalah, untuk berjaga-jaga, segala sesuatu yang berdiameter kurang dari satu meter. Semua ini terus-menerus bertabrakan dan berinteraksi satu sama lain. Jika dunia dan anti-dunia bertemu di suatu tempat, kita akan segera melihatnya. Mari kita lihat lebih luas - galaksi Bima Sakti. Tapi itu penuh awan gas, mereka tidak terisolasi satu sama lain. Perbatasan dunia dan anti-dunia harus bersinar sangat, sangat cerah. Nah, dengan galaksi, saya mengerti. Jika Anda pergi ke area paling gelap di Semesta - ke ruang antara superkluster galaksi, maka akan ada beberapa atom hidrogen per seratus meter kubik. Ya, ini sangat kecil, tetapi sinyal dari pemusnahan harus ketat pada satu frekuensi. Peristiwa langka akan terjadi di Semesta terus-menerus dan sinyal dengan energi yang terdefinisi dengan jelas tidak akan sulit dideteksi. Sejauh ini, pengamatan kami menunjukkan bahwa tidak ada antimateri dalam skala besar di alam semesta.

Sebuah pertanyaan mendasar muncul: bagaimana dominasi materi sepenuhnya atas antimateri terbentuk? Dua skenario dapat disarankan:

1. Mari kita mendalilkan bahwa ada lebih banyak substansi di alam semesta sejak awal. Dari awal Big Bang.
2. Awalnya, materi dan antimateri memiliki proporsi yang sama. Lalu entah bagaimana ada lebih banyak substansi.

Cara pertama tampaknya sangat sederhana. Tapi itu tidak setuju dengan pemahaman kita tentang alam semesta awal. Pada tahap awal, sebagian besar terdiri dari radiasi (foton), dan mereka tidak memiliki anti-pasangan. Artinya, mereka tidak bisa menciptakan partikel atau antipartikel saja. Selain itu, hipotesis ini tidak terlalu elegan. Menghadapi masalah, kami secara artifisial memperbaiki nilai yang diinginkan dari parameter model. Fisika, sebaliknya, berusaha untuk meminimalkan jumlah parameter buatan manusia (awal) dan untuk memaksimalkan kebebasan alam.

Jadi, Anda perlu menemukan cara bagaimana menghasilkan keunggulan materi dibandingkan antimateri dalam proporsi awal yang sama. Pertama-tama, kita bertanya pada diri sendiri - berapa banyak substansi yang ada di alam semesta awal? Pengamatan kami menunjukkan bahwa untuk 10.000.000.000 pasangan quark-antiquark yang identik, ada satu quark tambahan. Seiring waktu, jutaan pasangan ini musnah, dan dari satu partikel "ekstra", semua substansi Alam Semesta yang dapat kita lihat muncul keluar. Kita hanya harus mencari tahu bagaimana tepatnya asimetri sekecil itu terbentuk yang meletakkan dasar bagi dunia materi kita.

Kondisi Sakharov

Apa yang kita butuhkan untuk membuat asimetri seperti itu?

1) Suatu proses yang berubah $$$N_ {baryon} -N_ {anti-baryon}$. Bagaimanapun, jelas bahwa jika kita melahirkan / menghancurkan baryon dan anti-baryon (baca, quark / anti-quark) bersama-sama, maka kita tidak akan merusak simetri.

Pikirkan semuanya? Bagaimanapun caranya!
Jadi kami menemukan sebuah proses yang menciptakan lebih banyak baryon daripada anti-baryon. Buka sampanye? Tidak. Suatu proses cermin dapat dengan mudah ditemukan yang menciptakan anti-baryon dengan jumlah yang persis sama lebih banyak.

2a) Dibedakan dalam proses untuk partikel dan anti-partikel. Ini disebut pelanggaran C-simetri (charge, charge).

2b) Kita juga perlu hukum fisika berbeda di dunia cermin. Kenapa juga ini? Misalkan kita memiliki hukum yang berbeda untuk partikel dan anti partikel. Tapi tiba-tiba mereka diekspresikan dalam fakta bahwa antipartikel terbang "ke kiri", dan partikel "ke kanan"? Sekali lagi semuanya dikompensasi. Perlu untuk memecah simetri ini. Ini disebut P-simetri (paritas, spasial).

Ada tiga simetri mendasar dalam fisika - C, P, T. Anda bertemu dengan dua yang pertama, yang ketiga bersifat sementara, kami mengubah aliran waktu ke arah yang berlawanan. Bersama-sama mereka harus dilestarikan. Jika tidak $$$E = mc ^ 2$rusak.

Untuk mengatur bubur di kepala Anda, yang sudah benar-benar diseduh, mari kita lihat gambar sederhana yang akan dengan jelas menunjukkan apa dan bagaimana setiap simetri berubah. Katakanlah kita memiliki inti kobalt. Ini adalah magnet kecil, atau, lebih tepatnya, memiliki putaran yang tidak nol. Nukleus adalah radioaktif dan dapat memancarkan elektron. Seperti apa gambar ini jika kita menerapkan simetri yang berbeda?



C - mengubah partikel menjadi anti partikel
P - membalikkan arah perjalanan, tetapi mempertahankan arah rotasi. Lagi pula, jika Anda mengambil bola yang terbang dalam lingkaran, putar kecepatannya dan letakkan di sisi yang berlawanan dari lingkaran, itu akan terus berputar ke arah yang sama. Spin (magnetisasi) sering diidentifikasi secara tepat dengan rotasi, oleh karena itu, spin tidak berubah ketika mirroring.

3) Semua ini harus disertai dengan proses heterogen liar: semacam transisi fase atau ekspansi tidak homogen.

Kondisi ketiga di Semesta diamati, heterogenitas di sana mengerikan. Kondisi pertama berada di luar cakupan artikel yang sudah dirinci ini. Saya hanya bisa mengatakan bahwa ada solusi untuk masalah ini. Kami fokus pada yang paling menarik, menurut saya, paragraf nomor 2.

Gangguan quark

Sekilas, kondisinya tampak fantastis. Bagaimanapun, kita hampir yakin bahwa partikel dan antipartikel benar-benar simetris. Dan semakin kiri-kanan! Tetapi alam itu sendiri tidak dapat, tanpa campur tangan manusia, menentukan di mana ia pergi dan di mana yang benar? Ternyata mungkin.
Pada tahun 1956, Wu melakukan eksperimennya yang terkenal. Semuanya persis seperti pada gambar di atas untuk simetri spasial (P). Ini membandingkan jumlah elektron yang terbang naik turun. Dan ternyata berbeda! Hukum fisika berbeda untuk kita dan dunia cermin.
Mengatakan bahwa fisikawan terkejut sama dengan tidak mengatakan apa-apa. Hilangnya Landau dari simetri ini sangat mengecewakan. Tetapi dia yakin bahwa kombinasi simetri partikel / antipartikel dan kanan / kiri (CP) harus dipertahankan.

Spoiler - tidak. Pada tahun 1964, mengamati Meson K , pelanggaran simetri CP terdeteksi. Bertahun-tahun kemudian, efek ini ditemukan untuk meson B (2001), dan musim semi ini (2019) diumumkan bahwa efek ini akan ditemukan untuk meson D. Mengapa ini penting untuk partikel yang berbeda? Mereka terdiri dari quark yang berbeda. Fakta bahwa efeknya bekerja sama untuk mereka semua menunjukkan dengan sangat baik bahwa model kuark kita menggambarkan realitas dengan sempurna.

Tampaknya semua yang kita butuhkan untuk menciptakan Semesta sudah siap. Tapi tidak. Efeknya terlalu kecil. Itu bahkan tidak cukup untuk membuat satu kuark ekstra untuk 10.000.000.000 pasangan kuark-antiquark.

Bagaimana neutrino dapat membantu

Jadi, untuk mengatasi masalah ini dengan bantuan quark gagal. Apa lagi yang ada dalam Model Partikel Dasar Standar yang dapat membantu?



Lepton (elektron, muon, neutrino, dll.).Efek yang begitu menarik diamati bagi mereka: mereka dapat mengubah varietas mereka dalam lingkaran - berubah menjadi satu sama lain, proses ini disebut osilasi neutrino . Dan justru dalam proses inilah seseorang dapat menemukan pelanggaran yang sangat diperlukan untuk fisika CP , yang bisa jauh lebih kuat daripada untuk quark.

Ada cukup percobaan di dunia untuk menyelidiki efek ini. Tetapi untuk mengukur perbedaan antara sifat-sifat neutrino dan antineutrino, kita perlu mengamati kedua jenis partikel dalam kondisi yang identik. Selain itu, statistik besar diperlukan, karena pengaruhnya diperkirakan sangat kecil. Biasanya, alam tidak begitu sensitif terhadap perbedaan antara partikel dan antipartikel. Saat ini, hanya eksperimen akselerator yang mampu mengukur osilasi neutrino ketika terbang ratusan kilometer yang mampu melakukan pengukuran seperti itu. Mari kita lihat apa itu dan bagaimana penerapannya.

Percobaan akselerator dengan neutrino

Kembali pada 60-an abad ke-20, untuk pertama kalinya, dimungkinkan untuk menggunakan akselerator untuk menghasilkan sejumlah besar neutrino. Pada awal abad ke-21, teknologi ini mulai digunakan untuk mempelajari osilasi neutrino. Skema untuk menghasilkan sinar neutrino intens cukup sederhana: sinar proton diarahkan ke target grafit, di mana ia bertabrakan dengan atom karbon. Dalam tabrakan ini, sejumlah besar meson (pasangan quark-antiquark) terbang keluar . Ini adalah partikel bermuatan tidak stabil. Sampai mereka membusuk, mereka fokus dengan medan magnet untuk membuat sinar yang intens diarahkan ketat pada detektor. Dan kemudian mereka membusuk menjadi neutrino, dan sekarang kami memiliki sejumlah besar neutrino yang terbang ketat ke detektor.


Salah satu eksperimen terkemuka dunia di bidang ini adalah T2K (Tokai-to-Kamioka), yang dibangun di Jepang.



Neutrino diproduksi di pantai timur Jepang menggunakan akselerator proton. Kemudian mereka terbang 300 kilometer ke dalam ketebalan Bumi dan jatuh ke detektor yang jauh - 50 kiloton barel air SuperKamiokande. Dalam perjalanan, mereka dapat mengubah tipenya: mereka berubah dari muon neutrino menjadi yang elektronik. Baru-baru ini, indikasi telah diterima bahwa neutrino dan antineutrino berperilaku berbeda. Yaitu, mereka melanggar simetri CP.
Mungkin ini adalah bagian integral dari mekanisme yang memungkinkan alam semesta kita terbentuk hampir secara eksklusif dari materi.


Foto di dalam SuperKamiokande selama bekerja tahun lalu. Di dekat dinding jauh, orang-orang terlihat di perahu, seorang pria juga bekerja di rakit di sebelah kiri.

Dua percepatan detektor neutrino T2K di Jepang dan NOvA di AS saat ini beroperasi di dunia. Pada dekade berikutnya, percobaan generasi HyperKamiokande baru di Jepang dan DUNE direncanakan. Yang pertama akan menjadi versi SuperKamiokande yang ditingkatkan secara signifikan. Laras air akan menjadi 5 kali lebih besar, elemen fotosensitif akan menjadi lebih akurat - semua ini memungkinkan kita untuk mengharapkan solusi akhir untuk masalah dengan perbedaan perilaku neutrino dan antineutrino.

Haruskah partikel berbeda dari antipartikel? ..

Berbicara tentang perbedaan antara partikel dan antipartikel, orang tidak dapat tidak menyebutkan fitur menarik lain dari neutrino. Dari awal artikel, kami bermaksud bahwa, misalnya, quark dan antiquark berbeda satu sama lain. Artinya, mereka adalah partikel yang berbeda. Untuk partikel bermuatan, ini selalu terjadi, karena pasangannya harus memiliki muatan sebaliknya. Jelas, mereka pasti berbeda.

Dengan partikel netral, semuanya lebih rumit. Tiba-tiba mereka bisa menjadi partikel dan antipartikel sekaligus? Ya mereka bisa! Fisikawan Italia Ettorio Majorana telah menunjukkan bahwa untuk neutrino kedua kondisi ini dapat terjadi bersamaan. Neutrino unik dalam arti bahwa quark atau lepton bermuatan (misalnya, elektron / muon) tidak dapat memiliki sifat ini.

Mungkin, pembaca yang cerdas akan mengingat tentang neutron - partikel netral, yang bersama-sama dengan proton membentuk inti atom. Tapi tidak, neutron adalah partikel integral. Ini terdiri dari quark, yang berarti antineutron harus terdiri dari barang antik. Karena quark memiliki muatan, antipartnernya harus berbeda dari partikel aslinya.

Neutrino adalah partikel unik dalam hal ini. Dan manfaat apa yang bisa kita dapatkan dari ini? Bayangkan sebuah neutrino yang lahir dalam peluruhan beta normal. Itu akan menjadi anti-neutrino. Bersamaan dengannya, sebuah elektron akan terbang keluar dari nukleus. Tetapi anti-neutrino ini dapat berinteraksi bukan sebagai anti-partikel, tetapi sebagai partikel, karena keduanya bisa sama. Hasilnya adalah elektron lain.

Sebagai akibatnya: dari nol kami mendapatkan dua elektron. Bukan positron, yaitu elektron! Berikut adalah contoh bagaimana Anda bisa mendapatkan keuntungan dari suatu zat dibandingkan antimateri. Pencarian aktif untuk analog dari proses semacam itu sedang berlangsung. Ini disebut peluruhan beta ganda tanpa neutrinoless . Instalasi yang sangat sensitif ( satu , dua , tiga , dll.) Berdiri di bawah tanah untuk melindungi dari sinar yang menembus, seringkali di lingkungan yang sangat bersih. Mereka mencoba mendaftarkan setidaknya satu peristiwa seperti itu, yang akan mengarah pada kelahiran dua elektron dari dua neutron. Penemuan efek seperti itu akan memungkinkan untuk secara jelas menunjukkan bahwa neutrino dan antineutrino adalah partikel yang identik. Namun sejauh ini tidak ada kejadian seperti itu yang ditemukan dan pencarian berlanjut.



Di tahun-tahun mendatang, kita dapat mengharapkan penemuan menarik dalam fisika neutrino, yang dapat menjelaskan masalah dominasi materi di alam semesta.

Tetap disini!


(c) Majalah Simetri


Saya ingin mengucapkan terima kasih kepada kolega saya dan komunitas CERNach atas bantuan mereka dalam mengerjakan artikel ini. Saya mengingatkan Anda bahwa di CERNach Anda dapat menemukan berita terbaru tentang fisika partikel, dan baru-baru ini, stream dari CERN sendiri.