Antidaļiņas un antimatērija: definīcija, īpašības un rašanās
Uzzini antidaļiņu un antimatērijas definīciju, īpašības, rašanās mehānismus un anihilācijas nozīmi — skaidri, zinātniski un saprotami.
Lielākajai daļiņu daļiņu daļiņu daļiņu daļiņu daļiņu tipu daļiņām ir atbilstošas antidaļiņas. Tām parasti ir tāda pati masa un citas nemainīgas īpašības, taču pretējs elektriskais lādiņš un pretējas vērtības daļai kvantu skaitļu (piemēram, leptonu vai bariona skaitļa) — tas nozīmē, ka daļiņa un antidaļiņa atšķiras pēc signa daudzos kvantos parametros.
Pat elektriski neitrālās daļiņas, piemēram, neitrons, nav identiskas savai antidaļiņai. Neitrona piemērā "parastā" daļiņa ir veidota no kvarkiem, bet antihvarka daļiņa — no antikvarkiem; tāpēc antineitrons atšķiras no neitrona, lai gan abi ir elektriski neitrāli.
Galvenās īpašības
- Masa: daļiņai un tās antidaļiņai parasti ir vienāda masa.
- Elektriskais lādiņš: lādiņš ir pretējs (piemēram, elektrons — negatīvs, pozitrons — pozitīvs).
- Spins un kvantu īpašības: spins parasti saglabājas, bet daudzu kvantu skaitļu zīme mainās (piem., leptonu un bariona skaitlis).
- Magnētiskie momenti un citi momenti: var mainīties zīme vai vērtība atkarībā no lādiņa un iekšējās struktūras.
- Pašidentiskas daļiņas: dažas neitrālas daļiņas ir savas antidaļiņas (piemēram, fotoni, daži mezoni un Z0 bozon). Tas nozīmē, ka tās un to antiversijas ir identiskas.
Radīšana un anihilācija
Daļiņu–antidaļiņu pāri var savstarpēji anihilēt, ja tie atrodas atbilstošos kvantu stāvokļos. Anihilācijas procesā visa pāra masa tiek pārvērsta enerģijā, bieži ģenerējot fotonus vai citus daļiņas — piemēram, elektrona un pozitrona anihilācijā parasti rodas divi fotoni ar enerģiju 511 keV katrs (atkarībā no relatīvistiskās situācijas). Tāpat daļiņas var rasties no enerģijas, piemēram, pāra rašanās procesā (pair production) nepieciešama vismaz 2mec^2 enerģija, lai radītu elektronu un pozitronu pāri.
Tos var arī radīt dažādos procesos. Šos procesus izmanto daļiņu paātrinātājos, lai radītu jaunas daļiņas un pārbaudītu daļiņu fizikas teorijas. Piemēram, paātrinātājos radītās antidaļiņas tiek izmēģinātas eksperimentālai antihvarka un antiūdeņraža izveidei un pētīšanai. Augstas enerģijas procesi dabā var radīt antidaļiņas; tās ir redzamas kosmiskajos starojumos un dažās kodolreakcijās. Vārds "antimatērija" pareizi attiecas uz (elementārām) antidaļiņām, no tām izveidotām saliktām antidaļiņām (piemēram, antiūdeņradi) un lielākiem to kopumiem.
Praktiskā nozīme un pētījumi
- Medicīna: pozitronu emisijas tomogrāfija (PET) izmanto pozitronu anihilāciju, lai iegūtu attēlus no ķermeņa iekšienes.
- Fundamentālie pētījumi: eksperimentālie centieni (piem., antihvarka veidošana un tās spektrālā analīze) pārbauda fundamentālas simetrijas — CPT un CP simetriju — un meklē atšķirības starp vielu un antimatēriju.
- Kosmoloģija: novērojumi liecina, ka Visumā dominē matērija; pamatjautājums, kāpēc rodas šī asimetrija (bariogenezē), ir saistīts ar CP pārkāpumiem un citiem agrīna Visuma procesiem.
- Eksperimentāla tehnoloģija: antiprotonu un antiūdeņraža ražošana un uzturēšana magnētiskos jeb elektriskos "fātos" ir tehnoloģiski sarežģīta, bet svarīga pētījumiem par smalkām fizikālām atšķirībām.
Saīsinājums
Antidaļiņas ir fundamentāla daļa no mūsdienu fizikas izpratnes par matēriju un enerģiju. Tās parasti dalās ar daudziem skaitļiem ar savām partnerdaļiņām, taču to lādiņš un daži kvantu skaitļi ir pretēji. Antidaļiņu rašanās, novērošana un manipulēšana sniedz iespējas gan praktiskai lietošanai (piem., medicīnā), gan dziļākiem eksperimentiem par Visuma un fundamentālo spēku īpatnībām.
Vēsture
1932. gadā, drīz pēc Pola Diraka pozitronu pareģojuma, Kārlis Andersons atklāja, ka kosmisko staru sadursmes rada šīs daļiņas mākoņu kamerā - daļiņu detektorā, kurā kustīgi elektroni (vai pozitroni), pārvietojoties pa gāzi, atstāj pēdas.
Antiprotonu un antineitronu 1955. gadā Kalifornijas UniversitātēBerklijā atklāja Emilio Segrē un Ouens Čemberlens. Kopš tā laika daļiņu paātrinātājos ir radītas daudzu citu subatomāro daļiņu antidaļiņas. Pēdējos gados no antiprotoniem un pozitroniem, kas savākti elektromagnētiskās slazdos, ir izveidoti veseli antimatērijas atomi.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir antidaļiņa?
A: Antidaļiņa ir daļiņa ar tādu pašu masu kā parasta daļiņa, bet ar pretēju elektrisko lādiņu.
Vai elektriski neitrālās daļiņas ir identiskas savām antidaļiņām?
A: Pat elektriski neitrālās daļiņas, piemēram, neitrons, nav identiskas savai antidaļiņai.
J: Kas ir daļiņu-antidaļiņu pāri?
A: Daļiņu-antidaļiņu pāri ir daļiņas un tām atbilstošās antidaļiņas.
J: Kas notiek, kad daļiņu-antidaļiņu pāri atrodas atbilstošos kvantu stāvokļos?
A: Daļiņu-antidaļiņu pāri var anihilēt viens otru, ja tie ir atbilstošos kvantu stāvokļos.
J: Kā daļiņu-antidaļiņu pāri rodas daļiņu paātrinātājos?
A: Daļiņu-daļiņu-antidaļiņu pārus var radīt dažādos procesos daļiņu paātrinātājos, lai radītu jaunas daļiņas un pārbaudītu daļiņu fizikas teorijas.
J: Kur dabā ir redzamas antidaļiņas?
A.: Antidaļiņas ir redzamas kosmiskajos staros un dažās kodolreakcijās.
J: Ko apzīmē vārds "antimatērija"?
A: Vārds "antimatērija" pareizi attiecas uz (elementārām) antidaļiņām, no tām izveidotām saliktām antidaļiņām (piemēram, antiūdeņradi) un lielākiem to kopumiem.
Meklēt