Могут ли частицы путешествовать по галактике невредимыми и не уничтоженными межзвездной пылью и радиацией? Звучит невероятно, но группа ученых считает, что это вполне возможно: все благодаря частицам антиматерии и темной материи.
Что такое антиматерия?
Антиматерия такая же, как и обычная (барионная), за исключением того, что у нее противоположный электрический заряд. Например, у электрона с отрицательным зарядом есть «партнер» из антивещества, известный как позитрон. Позитрон — это частица с такой же массой, как у электрона, но с положительным зарядом. Частицы без электрического заряда, такие как нейтроны, часто являются «сами себе партнерами» из антивещества.
Ученые уже создали частицы антиматерии, используя сверхвысокие скорости столкновений на БАК. В ходе нескольких экспериментов в ЦЕРНе ученые создавали антиводород, «партнер» водорода. Самый сложный элемент антиматерии, полученный на сегодняшний день, — это антигелий, аналог гелия.
Хотя это может звучать как что-то из научной фантастики, антиматерия реальна. Антиматерия появилась с материей после Большого взрыва. Но она редко встречается в современной Вселенной, и ученые не знают, почему.
Как частицы антиматерии могут пересекать галактику?
Во Вселенной антиматерия представляет собой неуловимую и непредсказуемую силу: она аннигилирует при встрече с обычной материей, создавая космическую полосу препятствий разрушения. Но в ходе недавнего новаторского эксперимента на объектах коллайдера частиц ученые поняли, что некоторые антиядра смогут выдержать межзвездное путешествие, не погибнув.
Предполагается, что они образуются в результате столкновений между высокоэнергетическими космическими лучами и атомами, которые «плавают» в космосе, а также при столкновении частиц темной материи (ранее «Хайтек» подробно рассказывал, что это такое).
Если эти крошечные фрагменты смогут пережить такие экстраординарные путешествия, то помогут ученым понять природу этого загадочного вещества, которое составляет большую часть нашей галактики — темной материи.
Как проходил эксперимент?
Ученые использовали данные Большого адронного коллайдера, чтобы выяснить, могут ли антиядра, генерируемые в космосе, достигать детекторов в окрестностях Земли в целости и сохранности. Чтобы проверить теорию, физики провели эксперимент в лаборатории ЦЕРН, Швейцария. Исследователи попробовали измерить нечто, казалось бы, невозможное: последствия разрушения ядер антигелия.
Используя детектор ALICЕ, они тщательно подсчитали столкновения протонов высоких энергий с атомами, которые должны были произвести равное количество ядер гелия и антигелия. Предполагая, сколько антиядер аннигилировались на материалах, состоящих из определенных детекторов — стали, углерода и т. д., — ученые точно определили, что происходит, когда эти частицы вступают в контакт с обычным веществом.
Полученные данные помогут ответить на давние вопросы о природе антиматерии и ее роли во Вселенной.
Что выяснили ученые?
Компьютерное моделирование показало, что «вероятность исчезновения» частиц антивещества на удивление мала. Они обнаружили, что даже после путешествия на огромные расстояния через межзвездное пространство до 50% антиядер, созданных темной материей, останутся нетронутыми при приближении к Земле.
Также физики выяснили, что антиядра, созданные космическими лучами, обладают более высокими энергиями, чем те, которые созданы темной материей. Ведь только высокоэнергетические антиядра могли достичь Земли в большом количестве. Другое исследование показало, как стандартные детекторы могут обнаруживать темную материю с впечатляющим отношением сигнал/шум, если она создается астрофизическими источниками.
Почему это важно?
По мнению физиков со всего мира, понимание загадочного происхождения темной материи является ключевым приоритетом современной науки. Также авторы нового исследования заявили, что более глубокое изучение образования антиядер может оказаться бесценным для лучшего понимания и последующего определения теорий, касающихся самой темной материи.
Новые эксперименты уже назвали новаторскими исследованиями, которые помогают ответить на один из самых важных вопросов современной науки: существуют ли частицы антивещества? Совсем недавно на борту Международной космической станции детектор, известный как альфа-магнитный спектрометр, уже обнаружил потенциальные сигнатуры антиядер. Так что разгадка уже близка.
Читать далее:
Существует ли наука в экстремальных условиях? Отвечаем в цифрах
Ученые выяснили, кому была выгодна смерть динозавров
Посмотрите на фото Земли из космоса: его сделал первый частный модуль
Изображение на обложке: Jingchuan Yu, Пекинский планетарий