Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
17 август 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Разни
FACEBOOK

Може ли да съществуват галактики от антиматерия

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 04 януари 2017 в 15:2249011

Физиците от експеримента ALPHA в ЦЕРН за първи път успяха да измерят оптичния спектър на атом антиматерия. Това са антиводородни атоми, които се състоят от антипротон в ядрото и позитрон (или антиелектрон), който се върти около ядрото, обяснява Brian Koberlein в своя блог.

При последните експерименти бе измерен емисионният спектър на антиводорода и се установи, че е същият като на обикновения водород.

Това, продължава астрофизикът, означава, че по принцип една галактика от антиматерия ще излъчва същия тип светлина като подобна галактика от материя.

Как тогава можем да разберем, че една далечна галактика наистина е направена от материя?

Съществуването на тези две частици е регистрирано експериментално отдавна: позитронът - през 1932 г. , антипротонът - през 1955 г., но са комбинирани наскоро - 1995 г. - като антиводород.

При високоенергийните експерименти в ЦЕРН може да възникнат двойки частици и античастици. Ако не се направи нищо, тези двойки ще се анихилират (взаимно ще се унищожат) и ще се създаде гама-лъчение. Ако се разделят навреме обаче частиците, антиматерията може да се улови в магнитно поле и античастиците могат да се запазят. Напоследък учените могат да създават и запазват стотици антиводородни атоми в продължение на повече от 15 минути. Това може да не изглежда много, но означава, че най-накрая учените могат да започнат да правят някои експерименти с антиводород. 

Разликата между частиците и античастиците е в заряда. Протоните са положително заредени, а антипротоните - отрицателно, електроните са отрицателно заредени, позитроните - положително.

Ако се комбинират един протон и един електрон се получава най-простият съществуващ атом, водородният атом.

Когато протонът и електронът са свързани помежду си, електронът трябва да пребивава в специално енергийно състояние. Когато електронът преминава от по-високо енергийно състояние в по-ниско, той отделя светлина с определен цвят. Всеки енергиен преход на електрона съответства на определен цвят, а заедно те формират емисионния спектър на водорода. Всички атоми имат ядра от протони и неутрони с обвивка от електрони и в резултат спектрите на емисиите ни позволяват да определим от какво са направени много отдалечени обекти. Това е един от най-мощните инструменти в областта на астрономията.

Според съвременното разбиране на физиката антиатомите трябва да са идентични с техните близнаци от "обикновената" материя, с изключение на зарядите. Позитроните на антиводорода трябва да се квантуват със същите специфични енергийни състояния като електроните във водорода, а когато преминават между енергийните състояния, те трябва да създават един и същ емисионен спектър като водорода. Най-малкото, така е на теория, а да се докаже е много по-трудна задача.

Във въпросния експеримент антиводородните атоми са бомбардирани с лазерна светлина. Позитроните на тези атоми абсорбират част от светлината, преминавайки във възбудени състояния. След това позитрони преминават обратно към по-ниско енергийно състояние и освобождава тяхна собствена светлина. Това е първият случай на светлина, излъчвана от антиатоми в лаборатория. Екипът също така измери емисионния спектър на антиводорода и установи, че е същият като обикновения водород. (вж "Антиводородът премина теста за симетрия")

Пространството на експеримента ALPHA в ЦЕРН.

Астрономия на антиматерията

Астрономията изучава далечните галактики по светлината, която излъчват. Както звездите от една галактика светят ярко от топлината на термоядрения синтез, така и облаците газ и прах излъчват в различни дължини на вълните.

Моделът на дължините на вълните може да ни каже много за една галактика, защото атомите и молекулите излъчват специфични спектри светлина. Те са като оптичен пръстов отпечатък, по който може да се разбере химичният състав на звездите и галактиките, наред с други неща. Обикновено се смята, че далечните галактики са от материя, точно като нашата Слънчева система, но както бе доказано, антиводородът излъчва същия тип светлина, както обикновения водород. По принцип една галактика от антиматерия ще излъчва същия тип на светлина като подобна галактика от материя, така че как можем да разберем, че една далечна галактика наистина е направена от материя?

В началото на Вселената, когато чудовищната енергия на Големия взрив произвежда материята, тя произвежда също толкова равно количество антиматерия. Ако това е така, защо наблюдаваната Вселена е доминирана от "обикновената" материя? Най-честото обяснение е, че е имало малка разлика между материя и антиматерия. Тази разлика почти не може да се забележи, но в космически мащаб, това означава, че Големият взрив е произвел повече материя от антиматерия.

Но можем да предположим, че Вселената наистина е имала равно количество материя и антиматерия, но в началото двете са се разделили в различни области. Докато нашето ъгълче на Вселената е доминирана от материя, може би има далечни галактики или клъстери от галактики, които са доминирани от антиматерия. Тъй като спектъра на светлината от материя и антиматерия е един и същ, далечните антиматериални галактики ще изглеждат по един и същи начин, все едно, че са направени от материя. Тъй като не можем да стигнем до далечните галактики, как можем да сме сигурни, че не съществуват галактики от антиматерия, след като не можем да ги различим по светлината им?

Андромеда. Снимка: WISE

Можем да разберем това, благодарение на начина, по който си взаимодействат материята и антиматерията. Въпреки че и двете се държат по един и същи начин сами по себе си, когато материята и антиматерията се сблъскват, те се унищожат взаимно и отделят интензивни гама лъчи. Въпреки че огромни области между галактиките са почти празни, те не са само вакуум. Малки количества от газ и прах се носят между галактиките, създавайки междугалактически вятър. Ако една галактика е направена от антиматерия, някакви малки количества материя от междугалактическия вятър ще се анихилират с антиматерията от външните краища на галактиката и ще произведат гама лъчи. Ако има едновременно галактики от материя и галактики от антиматерия, трябва да очакваме да се видят емисии на гама лъчи в районите между тях.

Но това не се наблюдава. Няма между нашия Млечен път и другите близки галактики, няма и между по-далечните галактики. Тъй като нашата област на пространството е доминирана от материя, можем с основание да предположим, че и другите галактики са също от материя.

Все пак е възможно да има други региони извън видимата Вселена, които са доминирани от антиматерия и са просто твърде далеч, за да ги видим. Това е едно възможно решение на космологичния проблем "материя-антиматерия". Но това би било странно съвпадение, предвид мащабите на видимата Вселена.

Възможно е да съществуват далечни галактики от антиматерия във Вселената, но поне можем да бъдем сигурни, че галактиките, които виждаме, са направени от материя точно като нас.


+ 4
- 12
Това с междугалактичните анихилации е леко пресилено. Областите материя/антиматерия може да са по-големи и все пак видими - примерно галактичните свръхкупове да са хомогенни. Извън тях веществото е с някаква символична концентрация от рода на 1 атом на кубични километри и гама-лъчите от спорадичната анихилация няма да се видят лесно на фона на гама-лъчевата суматоха в родната галактика.

От друга страна, анти-водородният спектър е прослушан ама далеч не с такава точност, че да се отхвърли напълно разлика в масата на протона и антипротона от да речем 1/1000 или от този порядък.
 
Още от : Физика

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.