Antimaddə

Antimaddə
Anhilyasiya
Antizərrəciklər Pozitron Antiproton Antineytron
Alimlər Pol Dirak Karl Deyvid Anderson Andrey Saxarov
b m r

Antimaddə — antizərrəciklərdən ibarət materiya. Antimaddə maddənin tərs qarşılığıdır. Antimaddə üçün aşağıdakı müddəalar doğrudur:

• Antimaddə atomlarının nüvəsini antiproton və antineytronlar, örtüyünü isə pozitronlar təşkil edir.
• Antizərrəciklər ilə zərrəciklər eyni fiziki qanunlara tabe olduğundan nüvə qüvvələri antinüvənin dayanıqlığını, elektromaqnit və mübadilə qüvvələri isə antimaddə atom və molekullarının pozitron örtüyünün dayanıqlığını təmin edir.
• Nəzəriyyədə antimaddədən ibarət dünya antidünya adlanır.
• Hesab edilir ki, antidünya mövcüd olarsa və yaşadığımız dünya ilə rastlaşarsa annihilyasiya edilər və külli miqdarda enerji ayrılar.

Antimaddənin kəşfi gənc bir fizik olan Pol Dirakın adı ilə bağlıdır.

20-ci əsrin əvvəllərində iki mühüm nəzəriyyə, kvant mexanikası və nisbilik nəzəriyyəsi fizikanın əsaslarını sarsıtdı. 1905-ci ildə Albert Eynşteynin xüsusi nisbi nəzəriyyəsi məkan — zaman və kütlə — enerji arasındakı əlaqəni izah etdi. Təcrübələr göstərdi ki, işıq bəzən dalğalar, bəzən isə kiçik hissəcik cərəyanları kimi davranır. Maks Plankın nəzəriyyəsinə görə işıq dalğaları " kuanta " adlanan kiçik paketlərdə yayılmışdır ki, bu da həm işıq, həm də hissəciklərin yayılması demək idi.

1920-ci illərdə fiziklər eyni konsepsiyanı atomlara və onların komponentlərinə tətbiq etməyə çalışdılar. 1920-ci illərin sonlarında Erwin Şredinger və Werner Heisenberg yeni kvant nəzəriyyəsini kəşf etdilər. Yeganə problem nəzəriyyənin nisbilik nəzəriyyəsinə tətbiq edilməməsi idi, yəni yalnız yavaş sürətdə olan hissəciklərə aiddir və işıq sürətinə yaxın hərəkət edənlər üçün işləmir.

1928-ci ildə Paul Dirac problemi həll etdi. Elektron davranışı təsvir etmək üçün xüsusi nisbi və kvant nəzəriyyəsini birləşdirən bir tənlik yazdı. Diracın tənliyi ona 1933-cü ildə fizika üzrə Nobel mükafatı gətirdi və bu da başqa bir problem yaratdı: x ² = 4 (x = −2, x = 2) tənliyinin iki həlli ilə olduğu kimi, Dirac tənliklərindən biri müsbət enerji, digəri isə mənfi enerji idi.Elektronların iki həlli var idi. Lakin klassik fizikaya görə, bir hissəciyin enerjisi hər zaman müsbət say olmalıdır.

Dirac izah etdi ki, bu, hər bir hissəcikdə tam eyni, lakin şarjın əksinə olan bir əks hissə olacaqdır. Məsələn, hər cəhətdən eyni, lakin müsbət yükü olan elektron üçün əks elektron olmalıdır. Nobel konfransında tamamilə yeni bir antimateriya aləminin varlığını düşündü.

1930-cu ildə əsrarəngiz anti-hissəciklərin ovu başladı. Həmin əsrin əvvəlində, 1936 Fizika Nobel Mükafatı Victor Hess, yüksək enerjili hissəciklərin bir qaynağını tapdı: kosmik şüalar . Kosmik şüalar kosmosdan gələn çox yüksək enerji hissəcikləridir. Yer atmosferinə vurduqları zaman, az enerjili hissəciklərdən ibarət böyük bir yağış meydana gətirirlər ki, bu da fiziklər üçün çox faydalı olduğunu sübut etdi.

1932-ci ildə Carl Anderson və CalTech'in bir gənc professoru, kosmik hissəciklərin göy gurultusu üzərində işləyərkən elektronla eyni kütlədə olan müsbət yüklü hissəciyin izini gördü. Bir illik iş və araşdırmalardan sonra izlərin həqiqətən elektronlara qarşı olduğunu və onların hər birinin kosmik şüaların təsiri altında bir elektron istehsal etdiyini qərara aldı. Qarşı elektronları müsbət yükləndiklərinə görə " pozitron " adlandırdı. Tezliklə 1936-cı ildə fizika üzrə Nobel mükafatını gətirən Occhialini və Blackett tərəfindən gəldi və Diracın proqnozu təsdiq edildi.

Uzun illər kosmik şüalar yüksək enerjili hissəciklərin yeganə mənbəyi olaraq qaldı. Kəşflərin axını dayanmadı, amma fiziklər gözlənilən antihissəciyin, əks protonun tapılması üçün 22 il gözləməli oldular .

Əks proton tədqiqatı 1940–1950-ci illərdə, laboratoriya təcrübələri indiyə qədər ən yüksək səviyyəyə çatdıqda artdı.

1930-cu ildə, 1939 Nobel Fizika Mükafatı sahibi Ernest Orlando Lourence " siklotron " deyilən proton kimi bir hissəciyi onlarla MeV enerjiyə çıxardan hissəcik sürətləndiricini icad etdi. Dərhal dərhal sonra, əks protonu tapmağa sərf olunan səy sayəsində sürətləndiricilərin dövrü başladı. Və nüvə fizikası yeni bir elm sahəsi olaraq doğuldu.

1954-cü ildə Berklidə Lourens Betatron maşınını kəşf etdi. Betatron, əks proton istehsal etmək üçün ən uyğun səth olan 6,2 GeV bir enerji ilə 2 elektronu toqquşdurmağı bacarırdı. Eyni zamanda, Emilio Segre başda olmaqla başqa bir fizik qrupu, əks protonları aşkar etmək üçün yeni bir maşın hazırladılar.

1955-ci ilin oktyabrında New York Times qəzetinin ön səhifəsində böyük bir xəbər gəldi: " Yeni Atom Hissəsi tapıldı, Mənfi Proton! " Qarşı çıxan protonun kəşfi ilə Segre və onun komandası (O. Chamberlain, C. Wiengand və T. Ypsilantis) təbiətin təməl simmetriyalarından birini: materiya və antimaterianı sübut etməkdə müvəffəq oldular.

Segre və Chamberlain, 1959-cu ildə fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görüldülər . Yalnız bir il sonra Betatronda işləyən ikinci qrup (B. Cork, O. Piccione, W. Wenzel və G. Lambertson) əks neytron tapdıqlarını açıqladılar.

Bu vaxta qədər, atomu meydana gətirən hər üç hissəciyin bir-birinə qarşı olan hissəciklər olduğu bilinirdi. Yəni, hissəciklər atomda bir-birinə bağlı olduqda1 965-ci ildə maddənin ən kiçik tərkib hissəsi, əks deuteriumun (ağır hidrogen) bir əks proton və qarşı bir neytron meydana gətirdiyi (deuteriumun bir proton və bir neytrondan ibarət olduğu kimi) əmələ gəldi gəldi. Hədəf eyni vaxtda iki komanda tərəfindən vuruldu: biri Antonino Zichichi başçılıq etdiyi CERN- də Proton Synchrotron istifadə edərək, digəri isə Leon Max Lederman başçılıq etdiyi Nyu Yorkdakı Brookhaven Milli Laboratoriyasının Alternativ Gradient Synchrotron (AGS) sürətləndiricisini istifadə edərək.

Qarşı nüvə yaratdıqdan sonra sual, əks elektronların əks materiya meydana gətirməsi üçün əks nüvə ilə bağlantı qura bilərmi?

Cavab olduqca gec , CERN-in bənzərsiz Aşağı Enerji Sayğacı Proton Dairəsi (LEAR) adlı çox xüsusi bir maşın sayəsində gəldi. Sürətləndiricilərdən fərqli olaraq, LEAR həqiqətən əks protonları yavaşlatdı. Bundan sonra fiziklər, əks elektron olan bir pozitronu əks protona qoşaraq əsl əks hidrogen, əsl antimaddə atomu meydana gətirməyə çalışdılar.

1995-ci ilin sonlarına yaxın bu cür ilk əks atomları CERN-də Alman və İtalyan fiziklərindən ibarət bir qrup əldə etdi. Yalnız 9 əks atomun istehsalına qarşı xəbər bütün dünyada qəzetlərin ön səhifəsində olmaq üçün kifayət qədər həyəcanlı idi.

Uğur, hidrogen atomlarına qarşı çıxmağın, hidrogenin əks tarixin araşdırmasında elm tarixində oynadığı rola bənzər bir rol oynaya biləcəyini söyləyirdi. Hidrogen kainatımızın dörddə birini təşkil edir və kainat haqqında bildiyimiz bir çox şey adi hidrogen üzərində aparılan tədqiqatlar nəticəsində əldə edilmişdir.

Ancaq bir sual qalırdı: əks hidrogen adi hidrogen kimi hərəkət edirmi? Bu suala cavab vermək üçün CERN yeni bir eksperimental qurma qərarı verdi: əks proton gecikdiricisi.

Ernest Lourensin siklotron icadından sonra məlum oldu ki, sürətləndiricilər fiziklərin maddə quruluşuna dərindən getməsinin ən yaxşı yolu idi.

Bundan dərhal sonra ABŞ yolu göstərdi. Bu cür maşınlar hər hansı bir Avropa ölkəsi üçün bunu tək etmək çox böyük və bahalı idi. Lakin 1954-cü ildə Avropa fizikləri Cenevrədə mərkəzi bir laboratoriya qurmaq qərarına gəldilər və beləliklə CERN təsis edildi. O vaxtdan bəri, CERN yüksək enerji fizikasında texniki və elmi inkişaflarda aparıcı rol oynamışdır.

Proton və elektronları onlarla MeV enerjisinə qədər sürətləndirən ilk tək maqnitli siklotronlar və betatronlardan sonra iki çevrə şəklində olan hissəcikləri GeV enerjiyə sürətləndirə bilən sinxrotronlar hazırlanmışdır. 1950-ci illərdən başlayaraq maşınlar yeni fokus üsulları ilə 30 GeV-lik istehsal edildi.

1970-ci illərin əvvəllərinə qədər maddənin quruluşunu araşdırmaqda bir neçə mühüm addım atıldı. Olan yeni hissəciklərin sayı uçqun kimi artdı.

Böyük sürətləndiricilər macərasının başlamasından dərhal sonra fiziklər başa düşdülər ki, sürətlənmiş hissəcik şüası sabit bir hədəfə dəyəndə enerjinin çox hissəsi hədəf hissəsinin geri qaytarılmasına sərf olunur və hissəciklərin araşdırılması və hissəciklərin qarşılıqlı araşdırması üçün orijinal məqsəd üçün cüzi bir faiz qalır. Bunun əvəzinə iki dəst hissəcik bir-biri ilə baş-başa vurulsaydı, geri çəkilmə üçün heç bir enerji boşa çıxmazdı və bütün enerji təcrübədə qalacaqdı.

Digər laboratoriyalar diqqəti elektronların toqquşmasına yönəldir, CERN isə protonlar üzərində işləyirdi. İdeya protonların PS-dən alınması, sürətlənərək yeni bir maşının iki bağlı dairəsində toqquşması idi. Yeni maşın The 31 + 31 GeV Intersecting Storage Rings adlanırdı və bir çox texnoloji çətinliklərdən sonra 1971-ci ildə ilk proton-proton toqquşması baş verdi.

Eyni zamanda, hissəciklər detektorları yeni inkişafları göstərirdilər və köhnə qabarcaq kamerası daha böyük və daha böyük qarşılıqlı təsir göstərən daha sürətli və daha texnoloji cihazlarla əvəz olundu. Ancaq əsas inkişaflardan biri yalnız 1980-ci illərdə baş verdi: effektiv soyutma üsulları, əks maddənin oyuna girməsinə imkan verdi və dərhal oyuna üstünlük verdi.

Əlbəttə ki, sürətləndirmə və ya yavaşlama antimateriya üzərində işləməyin yeganə yolu deyil. Qarşı olan maddə xarici məkanın hər bir yerində tapıla bilər. Dirak özü əvvəlcə astronomik miqyasda antimaterin varlığı barədə düşünmüşdü. Lakin onun teoremi, pozitron, əks proton və əks neytronun kəşfindən dərhal sonra; orijinal fərziyyə, əks ulduzlara, əks qalaktikalara və hətta bir əleyhinə olan bir kainatın əleyhinə olan planetlərin mövcudluğu haqqında başladı.

1950-ci illərin sonlarına doğru, qalaktikamızdakı antimateriyanın miqdarı yüz milyondan az bir səhv ilə hesablandı. Qarşı olan maddənin kainatda, yəni adi maddə ilə əlaqəsi olmayan bir sistemdə təcrid olunmuş bir sistem olsaydı, yerdəki heç bir müşahidə onun düzgünlüyünü ayırd edə bilməzdi.

Beləliklə, gözlə görünən bir şey olmasa da, qalaktikadan kənarda qarşı çıxan maddələrin olma ehtimalı tamamilə aydın idi. Sonrakı illərdə, kainatda maddə kimi bir-birinə zidd olan maddənin olması fikri sadə simmetriya prinsipləri ilə idarə edilmişdir

Ancaq bu günlərin güclü inancına görə maddənin prioriteti olan vahid bir kainat var. Deyilə bilər, amma təbii bir antimateriya, məsələn, əks kainatdan olan bir nüvə bizə çatmağa çalışsa, Yer atmosferindəki bir nüvə ilə birlikdə məhv olar və bunu heç vaxt müşahidə edə bilmərik.

20 ildən çoxdur ki, alimlər bu tədqiqat üçün alətləri (əvvəlcə balonları indi peyklər) atmosferdən dağıtma problemini aradan qaldırmaq üçün mümkün qədər yüksək səviyyədə tutmağa çalışırlar, lakin belə bir səy bahalı və çətindir. İndi təcrübələrin peyklərdə aparılması planlaşdırılır. Məsələn, 1998-ci ildə Alpha Maqnetik Spektrometr (AMS), yüksək enerji hissəcikləri detektoru, Kəşf Kosmik Shuttle’də 10 günlük bir missiya üçün uçdu və yaxın illərdə Beynəlxalq Kosmik Stansiya qurmaq üçün yenidən dizayn edildi və modernləşdirildi. Yer atmosferinin üstündəki orbitdə məqsədlərindən biri hər hansı bir kosmik antimateriya yaratmaqdır.

Amerika Astronomiya Cəmiyyətinin son araşdırmasına görə, əks maddələr fırtınalarda meydana gəlir. Təsadüfən Fermi kosmik teleskopu ilə aparılan müşahidələr antimateriyanın ilk dəfə təbii olaraq yarana biləcəyini ortaya qoydu.^[1]

• Materiya
• Pozitron
• CERN
• Pozitronun kəşfi