Идеите зад CERN (основни понятия в ядрената физика)

(За статията подбрах и преведох информация от този сайт.)

ЧАСТ 2: АНТИМАТЕРИЯТА

Антиматерията навлиза в популярните представи на хората скоро след откриването й в началото на 30-те години на ХХ век. Феновете на Стар Трек знаят, че антиматерията е високоенергийното гориво на Ентърпрайз, нещото, което ускорява космическия кораб по-бързо от светлината.Този вид пътуване в космоса едва ли ще стане реалност, но теоретичните възможности, които антиматерията предлага, винаги са съблазнявали почитателите на научната фантастика и самите учени с обещания за невероятни разкрития относно природата на далечни галактики; и дори относно създаването на Вселената.

Тази снимка показва електрон и
позитрон, движещи се спирало-
видно в обратни посоки

Може би най-удивителното нещо, свързано с антиматерията, е че тя въобще е била открита. През 1928г. британският физик Пол Дирак си поставил за цел да обедини квантовите закони с Айнщайновата специална теория на относителността. След сложни математически изчисления Дирак успял да интегрира тези различни теории. Обяснил поведението на неща, които хем били много дребни, хем се движели много бързо - в случая, електрони със скорост, близка до тази на светлината. Това само по себе си било изключително постижение, но Дирак не се задоволил само с него. Той осъзнал, че изчисленията му са приложими както за електрон с отрицателен заряд, така и за положително зареден електрон. Това било неочакван резултат...

Дирак твърдял, че тази аномалия всъщност говори за "античастицата" на електрона, субатомен еквивалент на "злия близнак". Всъщност, той отгатнал, че всяка частица има и своя "античастица" с почти еднакви свойства, но противоположен електричен заряд. И също както протоните, неутроните и електроните формират атомите и материята, антипротоните, антинеутроните и антиелектроните (наречени позитрони) образуват антиатоми и антиматерия. Откритията на Дирак го подтикнали да спекулира, че може би съществува цяла огледална Вселена, изградена от антиматерия.

Уравненията на Дирак всъщност са първите, които предсказват нещо, ненаблюдавано преди това в природата. Тоест, предположено е, че антиматерията съществува, позовавайки се на теоретически, а не на емпирически доказателства, което е голям успех на човешкото въображение. Предсказанието на Дирак се потвърждава експериментално от Карл Андерсън през 1932г. И двамата печелят Нобелова награда за постиженията си.

Оттогава, физиците са научили доста за антиматерията. Едно от най-шокиращите открития, подходящо за всяко научно-фантастично приключение, е че антиматерията и материята избухват при допир. Като влюбени, попаднали в прокълната връзка, материята и антиматерията отначало се привличат (благодарение на противоположните си заряди), а после се унищожават взаимно. Поради факта, че този процес произвежда радиация, учените могат чрез уреди да измерят "щетите" от тези фатални сблъсъци. Никакви експерименти досега не са успели да засекат антигалактики или големи количества антиматерия в космоса, както Дирак си е представял. Но все пак учените продължават да търсят, за всеки случай.

Въпросът, който наистина обърква физиците днес, е свързан именно с това, че материята и антиматерията се унищожават при контакт. Всички теории гласят, че когато Вселената се появила чрез Големия взрив преди около 15 милиарда години, материята и антиматерията съществували в равни количества. Изригвайки от космическия котел при непонятни нам температури, материята и антиматерията се появявали и се унищожавали последователно и накрая се превърнали в енергия, позната като космически радиационен фон. Законите на природата повеляват двата вида частици да са се създали по двойки. Но поради необясними причини при Сътворението материята изпреварила антиматерията по количество и само секунда след Големия взрив всичката антиматерия била разрушена в полза на материята. До момента физиците не могат да обяснят механизма, който би предизвикал подобна "асиметрия".

При анихилирането
на електрон и позитрон
се получават много
нови частици

Днес антиматерията навярно съществува в космичните лъчи - високоенергийни частици, които образуват нови частици при навлизане в земната атмосфера. Освен това антиматерия се появява в ускорители като този на CERN, където учени създават високоенергийни сблъсъци, за да получат частици и античастици. Физиците изучават свойствата и поведението на получените античастици, надявайки се да разгадаят асиметричния механизъм и мистерията на Големия взрив.

Вече е време да обърнем внимание и на тази основна теория:

Част 3: Големият взрив
Част 4: Бозонът на Хигс