Назарияҳо дар бораи мавҷудияти антимодда
Антимодда яке аз мафҳумҳои ҷолибтарин дар физикаи муосир аст, зеро он ба мисли "дугоник"-и материяи мо ба назар мерасад, аммо дорои хосиятҳои муқобил аст. Дар тасаввуроти маъмул, антимодда аксар вақт ҳамчун суперсӯзишворӣ ё чизи хатарнок тасвир карда мешавад, зеро он метавонад ҳангоми тамос бо материя "таркиш" кунад. Аммо, берун аз ривояти илмӣ-тахайюлӣ, антимодда як мавҷудоти воқеии ҷисмонӣ аст, ки дар лаборатория мушоҳида, истеҳсол ва омӯхта мешавад. Саволи калон ин аст: агар антимодда бояд ба миқдори қобили муқоиса бо материя вуҷуд дошта бошад, чаро коиноте, ки мо мебинем, қариб пурра аз материя иборат аст?
Фаҳмидани антимодда ва пайдоиши консепсия
Дар физикаи зарраҳо, ҳар як зарраи элементарӣ одатан муқобили зиддизарра дорад. Антизарраҳо массаи якхела бо муқобили заряди электрикӣ ва якчанд ададҳои квантии дигар доранд. Мисоли соддатарин электрони зарядноки манфӣ аст, дар ҳоле ки муқобили зиддизарраи он позитрони зарядноки мусбат аст. Ба ҳамин монанд, протонҳо антипротонҳо, нейтронҳо антинейтронҳо ва ғайра доранд.
Идеяи антимодда аз рушди назарияи квантӣ ва нисбият ба вуҷуд омадааст. Дар охири солҳои 1920, Пол Дирак муодилаи Диракро барои тавсифи электронҳо аз нигоҳи нисбиятӣ таҳия кард. Ин муодила ҳалли математикиро ба вуҷуд овард, ки дар аввал печида буд: илова бар ҳалли энергияи мусбат, як ҳалли энергияи "манфӣ" низ мавҷуд буд. Дирак ба ҷои он ки онро рад кунад, ин ҳалли онро ҳамчун нишонаи мавҷудияти як зарраи дигаре, ки ба электрон монанд аст, вале бо заряди муқобил шарҳ дод. Ин пешгӯӣ соли 1932, вақте ки Карл Андерсон позитронро дар пайроҳаи нурҳои кайҳонӣ кашф кард, тасдиқ карда шуд. Аз он вақт инҷониб, антимодда ба як қисми асосии физикаи зарраҳо табдил ёфтааст.
Чӣ гуна антимодда дар табиат «мавҷуд аст»
Дар назария, антимодда метавонад тавассути якчанд механизм вуҷуд дошта бошад:
1. Истеҳсоли ҷуфт
Энергияи кофӣ метавонад ба ҷуфтҳои зарраҳо-зиддизарраҳо табдил ёбад. Масалан, фотони дорои энергияи баланд метавонад электрон ва позитронро ба вуҷуд орад. Ин раванд шароити шадидро, ба монанди наздикии ядроҳои вазнини атомӣ, дар наздикии ситораҳои нейтронӣ ё дар бархӯрдҳои зарраҳои дорои энергияи баланд, талаб мекунад.
2. Шуоъҳои кайҳонӣ ва падидаҳои астрофизикӣ
Антимодда инчунин ҳангоми бархӯрди нурҳои кайҳонӣ бо атмосфера ё моддаҳои байниситоравӣ ба таври табиӣ ба вуҷуд меояд. Аз ин рӯ, позитронҳо ва антипротонҳоро бо истифода аз асбобҳои кайҳонӣ муайян кардан мумкин аст. Аммо, миқдори онҳо хеле кам аст, бештар ба "хок" монанд аст, на ба ҷузъи асосии коинот.
3. Реаксияҳои ҳастаии дорои энергияи баланд
Дар ҳодисаҳои ғайриоддӣ ба монанди таркишҳои супернова, сӯрохиҳои сиёҳ ё таркиши гамма-шуоъҳо, энергияҳои бузург метавонанд зарраҳои гуногун, аз ҷумла антизарраҳоро ба вуҷуд оранд.
Ҳарчанд антимодда дар табиат мавҷуд аст, ҳангоми дучор шудан бо материя зуд «нопадид» мешавад ва нобуд мешавад.
Нобудшавӣ: Материя бо антимодда вомехӯрад
Вақте ки зарра бо антизарраи худ вомехӯрад, онҳо метавонанд якдигарро нобуд кунанд ва массаро ба энергия табдил диҳанд, ки одатан дар шакли фотонҳои гамма ё дигар зарраҳо мебошад. Аз ин рӯ, антимодда дар ҳаёти ҳаррӯза "нодир" ба назар мерасад: ҷаҳони мо аз ҷониби материя ҳукмронӣ мекунад, аз ин рӯ, агар ягон антимодда пайдо шавад, он зуд бо материяи атроф бархӯрд мекунад.
Нопадидшавӣ маънои "бе ягон нишона нопадид шудан"-ро надорад, балки табдили энергия мувофиқи принсипи нигоҳдории энергия ва масса-энергия (E=mc²)-и Эйнштейн аст. Ин раванд он чизест, ки антимоддаро аз ҷиҳати назариявӣ барои энергия ин қадар ҷолиб мегардонад, аммо истифодаи амалии онро ин қадар душвор мегардонад, зеро истеҳсол ва нигоҳдории он хеле душвор аст.
Назарияи материя-нобаробарии зиддиматерия (асимметрияи барионӣ)
Яке аз саволҳои бузургтарин дар кайҳоншиносӣ ин аст: чаро коинотро материя идора мекунад? Агар таркиши бузург миқдори баробари материя ва антимоддаро ба вуҷуд меовард, онҳо бояд якдигарро нобуд мекарданд ва коинотеро мегузоштанд, ки пур аз чизе ҷуз радиатсия буд. Мавҷуд будани галактикаҳо, ситорагон, сайёраҳо ва одамон нишон медиҳад, ки дар аввал як "зиёдатии" ночизи материя нисбат ба антимодда вуҷуд дошт.
Ин падида носимметрияи барион номида мешавад. Барои шарҳ додани он, ки чаро барионҳо (ба монанди протонҳо ва нейтронҳо) нисбат ба антибарионҳо бештаранд, физикҳо ба шароите ишора мекунанд, ки бо номи шароити Сахаров (1967) маълуманд, ки се шарти ба вуҷуд овардани номутавозинии материя дар коинот мебошанд:
1. Раванде бояд вуҷуд дошта бошад, ки нигоҳдории адади барионро вайрон мекунад.
2. Бояд вайрон кардани симметрияи C (заряд) ва CP (паритети заряд) вуҷуд дошта бошад.
3. Ҳолате берун аз мувозинати гармӣ бояд ба амал ояд.
Дар Модели Стандартии физикаи зарраҳо, вайроншавии CP вуҷуд дорад (масалан, дар вайроншавии баъзе мезонҳо), аммо ба назар мерасад, ки бузургии он барои шарҳ додани бартарии материяе, ки мо мушоҳида мекунем, кофӣ нест. Ин имконияти физикаи навро берун аз Модели Стандартӣ боз мекунад.
Симметрияи CPT ва хосиятҳои физикии антимодда
Дар чаҳорчӯбаи назарияи майдони квантӣ, як принсипи бунёдӣ бо номи симметрияи CPT вуҷуд дорад, ки омезиши се табдилот аст: C (иваз кардани зарраҳо бо антизарраҳо), P (баръакс кардани координатаҳои фазоӣ мисли оина) ва T (баръакс кардани самти вақт). Умуман, назарияҳое, ки бо нисбият ва механикаи квантӣ мувофиқанд, пешгӯӣ мекунанд, ки CPT бояд нигоҳ дошта шавад.
Бинобар ин, антимодда бояд хосиятҳои хеле монанд ба модда дошта бошад, ба монанди массаи якхела ва спектри энергияи атомӣ (бо аломатҳои заряди муқобил). Таҷрибаҳои дақиқ, аз ҷумла андозагирӣ дар бораи антигидроген, санҷидани он, ки оё антимодда дар ҳақиқат бо модда аз ҳама ҷиҳатҳои пешбинишуда якхела аст, идома медиҳанд. То ҳол ягон фарқияте, ки CPT-ро вайрон мекунад, пайдо нашудааст, аммо озмоишҳо бо мурури замон сахттар мешаванд.
Антигидроген ва кӯшиши забти антимодда
Яке аз марҳилаҳои муҳим эҷод ва ба дом андохтани бомуваффақияти антигидроген, атоме буд, ки аз антипротон ва позитрон иборат буд. Таҷрибаҳо дар CERN, ба монанди ALPHA, антигидрогенро дар домҳои магнитӣ ба қадри кофӣ нигоҳ доштанд, то хосиятҳои онро чен кунанд. Андозагирии спектри антигидроген дар муқоиса бо спектри гидрогени оддӣ роҳи хеле ҳассосро барои санҷиши симметрияҳои асосӣ фароҳам меорад.
Мушкилоти асосӣ дар таҳқиқоти антимодда нигоҳдорӣ аст. Антимоддаро дар зарфҳои оддӣ нигоҳ доштан мумкин нест, зеро он бо деворҳое, ки аз модда иборатанд, тамос мегирад. Аз ин рӯ, домҳои электромагнитӣ дар вакууми баланд ва ҳарорати хеле паст истифода мешаванд, то ба зарраҳо имкон диҳанд, ки бе тамос бо модда "ба боло раванд".
Антимодда ва қувваи ҷозиба: Оё онҳо як чизанд?
Боз як саволи ҷолиб: антимодда ба ҷозиба чӣ гуна вокуниш нишон медиҳад? Мувофиқи назарияи нисбии умумӣ, ҷозиба аз энергия ва масса вобаста аст, аз ин рӯ антимодда бояд мисли материя ба поён афтад. Аммо, чен кардани ин мустақиман хеле душвор аст, зеро эҷод ва нигоҳ доштани антимодда душвор аст.
Таҷрибаҳои муосир кӯшиш мекунанд, ки суръатбахшии афтиши антигидрогенро чен кунанд. Агар маълум шавад, ки антимодда ба таври дигар афтад, ин як кашфи бузурге хоҳад буд, ки фаҳмиши моро дар бораи ҷозиба ва симметрияҳои табиат такон медиҳад. Аммо аксари назарияҳои маъмул ҳеҷ гуна фарқиятҳои ҷиддиро пешгӯӣ намекунанд; он чизе ки онҳо меҷӯянд, инҳирофҳои хурди имконпазир мебошанд, ки метавонанд физикаи навро ошкор кунанд.
Назарияи антимодда дар космология: Оё "Коиноти антимодда" вуҷуд дорад?
Як идеяи дерина дар космология ин имконияти он аст, ки минтақаҳои калони коинот зери назорати антимодда, ба монанди галактикаҳои антимодда ё кластерҳои галактикаҳо, қарор дошта бошанд. Агар ин дуруст бошад, марзи вомехӯрад дар он ҷо модда ва антимодда нурҳои гаммаро ба вуҷуд меорад, ки хоси нобудшавии миқёси калон мебошанд.
То имрӯз, мушоҳидаҳои астрономӣ далелҳои қавӣ барои "домени антиматерия" дар масофаҳои наздики космологӣ пайдо накардаанд. Маълумоти гамма-шуоъ ва андозагириҳои шуоъҳои кайҳонӣ нишон медиҳанд, ки коиноти мушоҳидашавандаро материя идора мекунад. Аммо, ҷустуҷӯ, масалан, бо истифода аз детекторҳо дар фазо, ки ядроҳои антигелий ё дигар антизарраҳои вазнини хеле нодирро меҷӯянд, идома дорад.
Penutup
Назарияи вуҷуди антимодда танҳо як тахмин нест, балки як қисми воқеии физика аст, ки тавассути таҷрибаҳо тасдиқ шудааст. Антимодда ҳамчун натиҷаи зебои муодилаҳои асосии механикаи квантии нисбиятӣ вуҷуд дорад, ки тавассути кашфи позитрон, истеҳсоли антизарраҳо дар суръатфизоҳо ва эҷоди антигидроген исбот шудааст. Аммо, бузургтарин асрор боқӣ мемонад: чаро коинот материяро аз антимодда "интихоб мекунад"?
Барои посух додан ба ин савол, олимон вайроншавии CP-ро санҷида, хосиятҳои гидроген ва антигидрогенро дақиқ муқоиса мекунанд ва тарзи рафтори антимоддаро дар ҷозиба меомӯзанд. Ҳар як андозагирии дақиқтари рӯзафзун метавонад дарро барои фаҳмишҳои нав дар бораи пайдоиши коинот, қонунҳои асосии он ва шояд ҳатто физикаи берун аз Модели Стандартӣ боз кунад. Дар ниҳоят, антимодда на танҳо баръакси материя, балки оинаест, ки метавонад нишон диҳад, ки оё фаҳмиши мо дар бораи табиат пурра аст ё он то ҳол асрори амиқ дорад.
