Античастицы. Антивещество

     При активности Солнца от его ядра отделяется небольшая масса антивещества, которая  в результате аннигиляции с веществом  оболочки разогревается и поднимается  к поверхности Солнца (подобно  пузырькам пара в кипящей жидкости). При этом подъеме и разогреве  происходит увеличение объема антивещества, его перемешивание с веществом  оболочки, его дробление на мелкие части, а поверхностная аннигиляция  переходит в объемную. Скорость объемной аннигиляции намного больше, чем  поверхностной и за короткое время  выделяется большое количество энергии, т.е. в оболочке Солнца происходит аннигиляционный  взрыв. От него появляются жесткие гамма-кванты. В результате взаимодействия с веществом  оболочки Солнца и его атмосферы (хотя понятие атмосферы для Солнца, как газового (плазменного) шара, условное) энергия этих гамма-квантов переходит  в энергию фотонов с меньшей  энергией, в том числе энергию  фотонов видимого света. При этом на Земле наблюдается вспышка  на поверхности Солнца.

     В настоящее время на многие вопросы, связанные с интерпретацией солнечной  активности (вспышек на Солнце, темных пятен на его поверхности), окончательных  ответов не получено. Детальной количественной теории вспышек еще нет. Имеются  некоторые “модели” по этому вопросу. В частности, имеется “магнитная модель” вспышки, в которой предполагается, что она возникает в результате быстрого превращения магнитной  энергии темных пятен в энергию  ускоренных частиц. В свете вышеизложенных соображений не исключено, что солнечная активность является следствием наличия в нем антивещества.

6. БАК: ЗА И ПРОТИВ

     Атомы антивещества пока не наблюдались. В  экспериментах на ускорителях были зарегистрированы события образования легких антиядер в столкновениях адронов - класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию и не являющихся истинно элементарными.

     Адроны  делятся на две основные группы в  соответствии с их кварковым составом: мезоны — состоят из одного кварка и одного антикварка, барионы — состоят из трёх кварков трёх цветов, образуя так называемую бесцветную комбинацию.

     В 1965 группа американских физиков под  руководством Л.М. Ледермана (L.М.Lederman) наблюдала события образования ядер антидейтерия, в 1970 на протонном синхротроне Института физики высоких энергий в Протвино (близ г. Серпухов) группа советских физиков под руководством Ю.Д.Прокошкина зарегистрировала несколько событий образования ядер антигелия-3.

     Большой адро́нный колла́йдер  — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований ЦЕРН (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире.

     Большим БАК назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных местах.

     Аргументы «против»

     По  мнению сторонников катастрофического  сценария, существует принципиальная разница между бомбардировкой Земли  космическими частицами и экспериментами на ускорителе. В первом случае сталкиваются прилетающие из космоса ультрарелятивистские (летящие со скоростью, близкой к  скорости света) элементарные частицы  с элементарными частицами на Земле, скорость которых мала. Образующиеся частицы также являются ультрарелятивистскими  и улетают в космическое пространство, не успев причинить Земле никакого вреда. В коллайдере же сталкиваются пучки элементарных частиц, летящие  с ультрарелятивистскими скоростями в противоположных направлениях. Образующиеся микроскопические чёрные дыры и другие опасные частицы  могут вылетать с любыми скоростями. Некоторые из них будут настолько  медленными, что не смогут покинуть Землю.

     Общая теория относительности в виде, предложенном Эйнштейном, не допускает возникновения микроскопических чёрных дыр в коллайдере. Однако они будут возникать, если верны теории с дополнительными пространственными измерениями (теория сверхструн). По мнению сторонников катастрофического сценария, хотя такие теории и умозрительны, вероятность того, что они верны, составляет десятки процентов. Излучение Хокинга, приводящее к испарению чёрных дыр, также является гипотетическим — оно никогда не было экспериментально подтверждено. Поэтому есть достаточно большая вероятность того, что оно не действует.

     Кроме того, высока вероятность образования страпелек - элементарных частиц, состоящих из «верхних», «нижних» и «странных» кварков, и даже более сложные структуры, аналогичные атомным ядрам, обильно производятся в лабораторных условиях, но распадаются за время порядка 10-9 сек. В случае развития колосальных энергий (10³⁹ МэВ) возможен кварковый распад. Однако такой исход событий имеет вероятность куда ниже, чем образования черной дыры, или образования страпелек.

     Аргументы «за»

     Ускоритель предназначен для сталкивания таких частиц, как адроны и атомарные ядра. Однако, существуют природные источники  частиц, скорость и энергия которых  значительно выше, чем в коллайдере (активные ядра галактик и т.д.). Такие природные частицы обнаруживают в космических лучах. Поверхность планеты Земля частично защищена от этих лучей, но, проходя через атмосферу, частицы космических лучей сталкиваются с атомами и молекулами воздуха. В результате этих природных столкновений в атмосфере Земли рождается множество стабильных и нестабильных частиц. В результате, на планете уже в течение многих миллионов лет присутствует естественный радиационный фон. То же самое (сталкивание элементарных частиц и атомов) будет происходить и в БАК, однако с меньшими скоростями и энергиями, и в гораздо меньшем количестве.

     Если чёрные дыры могут возникать в ходе столкновения элементарных частиц, они также будут  и распадаться на элементарные частицы, в соответствии с принципом CPT-инвариантности, являющимся одним из самых фундаментальных принципов квантовой механики. CPT-инвариантность - это фундаментальная симметрия физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени.

     Далее, если бы гипотеза существования стабильных чёрных микро-дыр была верна, то они  бы образовывались в больших количествах  в результате бомбардировки Земли  космическими элементарными частицами. Но бо́льшая часть прилетающих из космоса высокоэнергетических элементарных частиц обладают электрическим зарядом, поэтому часть чёрных дыр были бы электрически заряжены. Эти заряженные чёрные дыры захватывались бы магнитным  полем Земли и, будь они в самом  деле опасны, давно разрушили бы Землю.

     К тому же, любые чёрные дыры, заряженные или электрически нейтральные, захватывались  бы белыми карликами и нейтронными  звёздами (которые, как и Земля, бомбардируются космическим излучением) и разрушали  их. В результате время жизни белых  карликов и нейтронных звёзд было бы гораздо короче, чем наблюдаемое  в действительности. Кроме того, разрушаемые белые карлики и  нейтронные звёзды испускали бы дополнительное излучение, которое в действительности не наблюдается.

     Наконец, теории с дополнительными пространственными  измерениями, предсказывающие возникновение  микроскопических чёрных дыр, не противоречат экспериментальным данным, только если количество дополнительных измерений  не меньше трёх. Но при таком количестве дополнительных измерений должны пройти миллиарды лет, прежде чем чёрная дыра причинит Земле сколько-нибудь существенный вред.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     Учёные  пристально изучают любые технологии, не противоречащие законам физики, которые могли бы помочь человечеству достичь дальних уголков космоса. Среди плеяды вариантов межзвёздного привода корабли, использующие аннигиляцию, являются, пожалуй, самыми фантастическими  из реальных и самыми реальными из фантастических.

     Было  уже рассказано о давних проектах кораблей на ядерной и термоядерной энергии, а также об идеях звездолётов, основанных на ещё не открытых, а, может, и вовсе не существующих, гипотетических явлениях. Вроде деформации пространства, или отделения инерционных свойств материи от её самой.

          Двигатели, использующие в качестве топлива антивещество, могут обеспечить существенно лучшие энергетические параметры корабля, чем ядерный привод, но в отличие от разнообразных «прокалывателей пространства и времени», аннигиляционный привод вполне можно построить в ближайшие десятилетия.

          Известно, что в 0,1 грамма антивещества скрыто столько же энергии, сколько в топливных баках шаттла. Дело за малым: получить это вещество, научится его хранить и использовать где и когда нужно.

          Что до получения, то антивещество успешно создают в таких лабораториях, как Fermilab в Чикаго и CERN в Швейцарии.

     Однозначным свидетельством в пользу существования  антивещества во Вселенной могло  бы явиться наблюдение антигелия  в космических лучах. Антигелий  и другие антиядра могут возникать  в результате термоядерных реакций  в антизвёздах, – аналогично тем, что протекают в обычных звёздах. Кроме того, антигелий мог остаться после Большого взрыва – на этот счёт есть теоретические расчёты.

         Сейчас готовятся к реализации  два космических эксперимента, направленных  на поиски антивещества в космическом  пространстве: PAMELA и AMS-02. В основе  обоих – магнитные спектрометры, позволяющие селектировать частицы  по знаку их заряда. В этих  сложных приборах используются  различные детекторы ядерных  излучений, позволяющие разделять  частицы по массам, скоростям  и энергиям.

         Пройдёт совсем немного времени  и, возможно, мы станем свидетелями  закрытия проблемы существования  антивещества в современной Вселенной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  использованной литературы

1. Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1984.
2. www.sciteclibrary.ru
3. www.krugosvet.ru
4. http://ru.wikipedia.org