Материя жана антиматерия жөнүндө түшүндүрмө
Pendahuluan
Физика дүйнөсүндө "материя" жана "антиматерия" терминдери бизди ааламдагы сырлар жана таң калыштуу дүйнөгө алып барат. Бул эки түшүнүк, ар башка болгону менен, бири-бири менен тыгыз байланышта жана ар кандай космостук кубулуштарды кандай түшүнөрүбүзгө таасир этет. Бул макалада биз материя жана антиматерия деген эмне экенин, алардын өз ара аракеттенишин жана эмне үчүн алар заманбап космологияда абдан маанилүү экенин түшүндүрөбүз.
Материя деген эмне?
Материя – бул массасы бар жана мейкиндикти ээлеген ар кандай нерсе. Айланабыздагы столдор, отургучтар, жаныбарлар жана адамдар сыяктуу нерселердин баары материядан турат. Материя негизинен атомдорду түзүү үчүн биригип, протондор, нейтрондор жана электрондор сыяктуу элементардык бөлүкчөлөрдөн турат. Андан кийин бул атомдор молекулаларды, ал эми алар өз кезегинде ар кандай химиялык кошулмаларды жана башка заттарды түзөт.
Зат үч негизги абалда кездешет: катуу, суюк жана газ. Заттын бул абалдары алар жашаган чөйрөнүн температурасына жана басымына көз каранды. Бул негизги абалдардан тышкары, Күн сыяктуу экстремалдык шарттарда кездешкен плазма сыяктуу башка формалар да бар.
Антиматерия деген эмне?
Антиматерия – бул дээрлик бирдей касиеттерге ээ, бирок карама-каршы зарядга ээ болгон материянын "эгизи". Мисалы, электрондун антибөлүкчөсү – бул оң зарядга ээ, бирок электрондун массасы менен бирдей болгон позитрон. Ошо сыяктуу эле, антипротондун терс заряды бар, бирок кадимки протондун массасы менен бирдей.
Антиматерияны биринчи жолу 1928-жылы Пол Дирак кванттык механиканы Эйнштейндин салыштырмалуулук теориясы менен айкалыштырган Дирак теңдемеси аркылуу алдын ала айткан. Дирак кадимки бөлүкчөлөрдүн касиеттерине карама-каршы касиеттерге ээ бөлүкчөлөрдүн бар экенин алдын ала айткан. Позитрондун бар экендиги кийинчерээк 1932-жылы Карл Андерсон тарабынан эксперименталдык түрдө тастыкталган.
Зат менен антиматериянын өз ара аракеттенүүсү
Материя жана антиматерия кездешкенде, алар аннигиляция деп аталган процесстен өтөт. Бул процессте бөлүкчөлөр жана антибөлүкчөлөр бири-бирин жок кылып, алардын массасын Эйнштейндин белгилүү теңдемесине (E=mc2) ылайык энергияга айландырышат. Бул аннигиляция өтө энергиялуу гамма нурларынын чыгышын пайда кылат.
Заттын жана антиматериянын жок кылынышы массаны энергияга айландыруунун өтө натыйжалуу процесси болуп саналат. Ал илимий фантастикадагы көптөгөн сценарийлерге, мисалы, ушул принцип боюнча иштейт деп эсептелген "Жылдыздар жолу" тасмасындагы варп кыймылдаткычынын концепциясына шыктандырган. Заттын жана антиматериянын жок кылынышынын натыйжалуулугуна карабастан, көп көлөмдөгү антиматерияны өндүрүү жана сактоо реалдуу дүйнөдө олуттуу көйгөй бойдон калууда.
Ааламдагы антиматерия
Учурда биз байкаган аалам дээрлик толугу менен материядан турат. Жердеги табигый шарттарда антиматерия өтө сейрек кездешет. Физикадагы негизги суроолордун бири - эмне үчүн ааламдагы заттын жана антиматериянын көлөмүнүн ортосунда "бариондук асимметрия" маселеси деп аталган чоң асимметрия бар.
Чоң жарылуу теориясы боюнча, аалам жаралганда материя жана антиматерия дээрлик бирдей өлчөмдө жаратылган. Бирок, эгерде материя жана антиматерия башында бирдей өлчөмдө болсо, алар бири-бирин жок кылып, космосту аморфтук энергияга толтуруп коюшмак. Чындыгында, мындай болгон жок, жана ааламдын басымдуу көпчүлүгү материяга толгон.
Муну түшүндүрүү үчүн сунушталган теориялардын бири - заряддын паритетинин бузулушу (CP-бузулушу) теориясы. CP-бузулушу бөлүкчөлөр физикасы кээде зат менен антиматериянын ортосундагы айырманы аныктай аларын көрсөтүп турат. Бул кубулуш каондор жана В-мезондор менен жүргүзүлгөн эксперименттерде байкалган, бирок зат менен антиматериянын толук асимметриясын түшүндүрүү үчүн жетишсиз.
Антиматерия менен колдонулушу жана эксперименттери
Сейрек кездешсе да, антиматерия CERNдеги Чоң Адрон Коллайдери (LHC) сыяктуу бөлүкчөлөрдүн ылдамдаткычтарын колдонгон лабораторияларда аз өлчөмдө өндүрүлгөн. Алынган антиматерия көбүнчө ар кандай илимий эксперименттерде бөлүкчөлөрдүн негизги касиеттерин жана алардын өз ара аракеттенүүсүн изилдөө үчүн колдонулат.
Антиматериянын практикалык колдонулушунун бири - медициналык сүрөткө тартуу ыкмаларында, мисалы, позитрондук-эмиссиондук томографияда (ПЭТ) колдонулат. ПЭТ сканерлөөдө позитрондорду пайда кылуучу радиоактивдүү изотоп денеге сайылат. Позитрондор дененин ткандарындагы электрондор менен кагылышканда, алар жок кылынып, дененин зат алмашуу активдүүлүгүнүн сүрөтүн түзүү үчүн аныктала турган бир жуп гамма нурларын пайда кылат.
Мындан тышкары, антиматерия энергия булагы катары да колдонулушу мүмкүн. Жок кылуу учурунда бөлүнүп чыккан эбегейсиз зор энергиядан улам, эгерде антиматерияны өндүрүү жана сактоо маселеси чечилсе, ал абдан натыйжалуу ресурс болушу мүмкүн. Бул антиматерияны келечектеги энергия изилдөөлөрү жана космостук кыймылдаткычтар үчүн потенциалдуу талапкер кылат.
Материя жана антиматерияны изилдөөнүн келечеги
Материяны жана антиматерияны изилдөө ааламды түшүнүүбүздү жакшыртуу үчүн гана эмес, технологиянын жана адамдын ден соолугунун келечегин өзгөртө турган практикалык колдонмолор үчүн да маанилүү. Бүгүнкү күндөгү негизги көйгөй - олуттуу көлөмдөгү антиматерияны кантип коопсуз жана натыйжалуу өндүрүү, сактоо жана манипуляциялоо.
Бөлүкчөлөрдү ылдамдаткыч жана детектор технологиясынын өнүгүшү менен, зат жана антиматерия боюнча изилдөөлөр түшүнүктөрдү бере берет жана олуттуу инновацияларга алып келет деп күтсөк болот. Япониядагы Belle II жана Европадагы High Luminosity LHC сыяктуу ири долбоорлор зат-антиматерия асимметриясынын сырын чечүү жана бөлүкчөлөр физикасын тереңирээк түшүнүү үчүн тынымсыз иштеп жатышат.
Корутунду
Материя жана антиматерия – бул бизди ааламды түшүнүүгө жакындаткан эки негизги түшүнүк. Алар жолукканда бири-бирин жок кылышса да, алардын өз ара аракеттенүүсү бөлүкчөлөр физикасы, космология жана жаратылыштын негизги принциптери жөнүндө терең түшүнүк берет. Көптөгөн суроолорго жооп табыла элек болсо да, бул тармактагы уланып жаткан изилдөөлөр аалам жөнүндөгү түшүнүгүбүздү өзгөртө турган жана технологияда жана адам жашоосунда укмуштуудай практикалык колдонмолорду ача турган жаңы ачылыштарды убада кылат.
