پادذرات ذرات و خواص آنها جنگ ذرات و ضد ذرات. تاریخچه کشف پادذرات

ضد ذرات

ضد ذرات

مجموعه ای از آل. ذرات دارای مقادیر جرمی یکسان و سایر مواد فیزیکی. har-k که "همتایان" آنها ch-ts هستند، اما در نشانه برخی از تأثیرات har-k (مثلاً بار الکتریکی، گشتاور مغناطیسی) با آنها متفاوت هستند. نام "ch-tsa" و "A." تا حدی مشروط: می‌توان آنتی‌الکترون (با بار مثبت el-n) را ch-tsey، و el-n - A نامید. با این حال، اتم‌های جزایر در بخش قابل مشاهده کیهان حاوی el-nes هستند. منفی. بار و پروتون - با یک مثبت. بنابراین، برای کسانی که از ابتدا شناخته شده بودند. دهه 20 قرن 20 ale ch-c - الکترون و پروتون (و بعداً نوترون) نام "ذره" اتخاذ شد.

نتیجه گیری در مورد وجود A. اولین بار در سال 1931 توسط انگلیسی انجام شد. فیزیکدان پی دیراک او نسبیت را استنباط کرد. کوانتومی معادله el-na (معادله دیراک)، یک برش با توجه به علامت الکتریکی متقارن شد. شارژ: همراه با بار منفی. el-nome یک بار مثبت را توصیف کرد. ch-tsu با همان جرم یک پادالکترون است. طبق نظریه دیراک، برخورد ch-ts و A. باید منجر به نابودی آنها - ناپدید شدن این جفت شود که در نتیجه آن مثلاً دو یا چند ch-ts دیگر متولد می شوند. فوتون ها

در سال 1932، پادالکترون ها به طور آزمایشی توسط عامر کشف شدند. فیزیکدان K. Anderson. او از دوش های تولید شده توسط پرتوهای کیهانی در یک اتاقک ویلسون که در یک مگنت قرار گرفته بود عکس گرفت. ... شارژ کردن. ch-tsa در magn حرکت می کند. میدان در امتداد یک قوس دایره است و ذراتی با بارهایی با علائم مختلف توسط میدان در جهت مخالف منحرف می شوند. اندرسون همراه با ردپای شناخته شده النوف های سریع النف در آن زمان، دقیقاً همان موارد را در عکس ها پیدا کرد. ردهای ذهنی بار مثبت دارند. ch-ts کههمان توده ها این ch-ts پوزیترون نامیده می شدند. کشف پوزیترون تأییدی درخشان بر نظریه دیراک بود. از آن زمان به بعد، جستجو برای دیگر A.

در سال 1936، همچنین در فضا. اشعه منفی پیدا شد. و آن را زمین بگذارید. (m- و m +) که ch-ts و A. نسبت به یکدیگر هستند. در سال 1947 مشخص شد که کیهان. اشعه ها در نتیجه پوسیدگی اندکی بیشتر بوجود می آیند سنگین ch-c- پی مزون ها (p-، p +). در سال 1955، اولین آنتی پروتون ها در آزمایشات شتاب دهنده شناسایی شدند. فیزیک فرآیندی که در نتیجه آن آنتی پروتون ها تشکیل شد، یک پروتون بود -. پادنوترون ها کمی بعد کشف شدند. تا سال 1981، A. عملاً تمام ale های شناخته شده به طور تجربی کشف شد. ch-c.

اصول کلی نظریه میدان کوانتومی این امکان را فراهم می کند که بتوان تعدادی نتیجه گیری عمیق در مورد sv-wah ch-ts و A. گرفت: جرم، اسپین، اسپین ایزوتوپی، طول عمر ch-ts و A. باید باشد. همان (به ویژه، p-ts پایدار با پایدار A مطابقت دارد). از نظر قدر مساوی است، اما علامت مقابل باید نه تنها الکتریکی باشد. بارها (و magn.) ch-tsy و A.، بلکه تمام کوانتوم های دیگر. اعدادی که به ch-ts نسبت داده می شوند تا قوانین اثرات آنها را شرح دهند: بار باریون، بار لپتون، غریب بودن، ""، و غیره. Ch-tsa که در آن تمام خصوصیاتی که آن را از A. متمایز می کند برابر با صفر است، نامیده می شود. واقعا خنثی ch-ts و A. چنین ch-ts یکسان هستند. به عنوان مثال، مزون‌های p0 و h، ذرات J/y و Y از جمله این موارد هستند.

تا سال 1956 اعتقاد بر این بود که بین ch-ts و A یک کامل وجود دارد. این بدان معنی است که اگر یک نامزد امکان پذیر است. فرآیند بین ch-ts، پس دقیقاً همان فرآیند باید بین A وجود داشته باشد. as-svii. در یک صعود ضعیف، نقض تقارن ذره A کشف شد. (به جفت شدن شارژ مراجعه کنید). از A. در اصل می توان آن را دقیقاً به همان روشی که in-in از ch-c ساخت. با این حال، امکان نابودی در هنگام ملاقات با ch-ts اجازه نمی دهد A. برای مدت زمان طولانی دوام بیاورد. وجود دارد در-ve. A. فقط در شرایط عدم تماس کامل با ch-tsami in-va می تواند برای مدت طولانی "زندگی" کند. شواهد وجود پادماده در جایی «نزدیک» جهان، نابودی قدرتمندی خواهد بود. از ناحیه تماس ماده و پادماده به زمین می آیند. اما در حالی که اخترفیزیک داده ها را نمی داند، که می تواند در مورد وجود مناطق پر از پادماده در جهان صحبت کند.

فیزیکی فرهنگ لغت دایره المعارفی... - م .: دایره المعارف شوروی. . 1983 .

ضد ذرات

ذرات بنیادی با مقادیر یکسان جرم، اسپین و غیره فیزیکی. ویژگی ها به عنوان "همتایان" آنها - "ذرات"، اما در نشانه هایی از ویژگی های تعامل خاص با آنها متفاوت است ( اتهامات،سابق. علامت الکتریکی شارژ).

وجود A. توسط P. A. M. Dirac (P. A. M. Dirac) پیش بینی شده بود. معادله نسبیتی کوانتومی برای حرکت یک الکترون که توسط او در سال 1928 به دست آمد (نگاه کنید به. معادله دیراک) لزوماً حاوی راه حل هایی با انکار بود. انرژی ها بعدها نشان داده شد که ناپدید شدن یک الکترون با منفی است. انرژی را باید به عنوان ظاهر یک ذره (هم جرم) با پوزیت تفسیر کرد. انرژی و با قرار دادن. برقی بار، یعنی A. نسبت به الکترون. این ذره - پوزیترون -در سال 1932 افتتاح شد.

در آزمایشات بعدی مشخص شد که نه تنها، بلکه همه ذرات دیگر دارای A خاص خود هستند. در سال 1936 در کیهان. پرتوها باز بودند میونو او A.، و در 1947 - و - مزونها، که یک جفت ذره A. را تشکیل می دهند. در سال 1955 در آزمایشات روی یک شتاب دهنده ثبت شد آنتی پروتون،در سال 1956 - ضد نوترونو غیره تا به امروز. A. عملاً تمام ذرات شناخته شده مشاهده شد و شکی نیست که A. در همه ذرات وجود دارد.

وجود و خواص الف مطابق وجوه تعیین می شود. اصل نظریه میدان کوانتومی - تغییر ناپذیری آن با توجه به CPT-تحولات (نگاه کنید به قضیه CPT).از جانب CPT- قضیه دلالت بر این دارد که اسپین و طول عمر یک ذره و A. آن باید یکسان باشد. به طور خاص، ذرات پایدار مربوط به ذرات پایدار (از نظر پوسیدگی) هستند (اما وجود آنها در ماده برای هر مدت زمان غیرممکن است به دلیل نابودیبا ذرات ماده). حالات ذرات و A. آنها توسط عملیات به هم متصل می شوند صرف بار

بنابراین، ذره و الف دارای علائم مخالف الکتریکی هستند. بارها (و گشتاورهای مغناطیسی) یکسان هستند اسپین ایزوتوپی،اما در علامت برآمدگی سوم آن متفاوت است، دارای قدر یکسان، اما در علامت مخالف غریبی، جذابیت، زیباییو غیره تبدیل وارونگی ترکیبی (CP) ذرات مارپیچ را با حالت های A. مارپیچ مخالف متصل می کند. اعداد باریون و لپتون با اندازه یکسان اما متضاد علامت به ذرات و A آنها نسبت داده می شود.

به دلیل تغییر ناپذیری صرف تحت بار ( با-invariance) قوی و e-magn. فعل و انفعالات محدود شده توسط نیروهای مربوطه اجسام مرکب از ذرات (هسته اتم، اتم) و از A. (هسته و اتم) ضد ماده) باید ساختار یکسانی داشته باشد. به همین دلیل، ساختار هادرون ها و A. آنها منطبق است و در چارچوب مدل کوارک هاحالت های پادباریون ها دقیقاً به همان شکلی توصیف می شوند که حالت های باریون ها با جایگزینی کوارک های تشکیل دهنده با کوارک های مربوطه. عتیقه جاتحالت های مزون ها و A. آنها با جایگزینی اجزای تشکیل دهنده کوارک و آنتی کوارک با متناظر و کوارک متمایز می شوند. برای ذرات واقعا خنثیحالات ذره و A. منطبق هستند. چنین ذرات خاصی دارند برابری شارژ(با یکنواختی) و چهارشنبه- برابری. همه موارد شناخته شده بوزون هستند (به عنوان مثال - مزونها - با اسپین - با اسپین 1) ، اما در اصل فرمیونهای خنثی واقعی (به اصطلاح. ذرات مایورانا).

تعامل ضعیفنسبت به مزدوج بار ثابت نیست و بنابراین تقارن بین ذرات و A. را می شکند که خود را در تفاوت دیفرانسیل های خاص نشان می دهد. ویژگی های پوسیدگی ضعیف آنها

اگر K.-L. از اعداد کوانتومی یک ذره خنثی الکتریکی به طور دقیق حفظ نشده است، سپس انتقال (نوسانات) بین حالات ذره و A آن امکان پذیر است. در این حالت، حالاتی که دارای یک عدد کوانتومی ثابت نشده خاص هستند، مناسب نیستند. حالت‌های عملگر انرژی- تکانه، و برهم‌نهی حالت‌های واقعاً خنثی با معین هستند. ارزش های توده ای یک پدیده مشابه در سیستم ها و غیره قابل تحقق است.

همان تعریفی که در یک جفت ذره یک ذره نامیده شود - A. به معنی. حداقل مشروط با این حال، با این انتخاب"ذرات" A. آن بدون ابهام تعیین می شود. حفظ عدد باریون در فرآیندهای برهمکنش ضعیف به فرد اجازه می دهد تا "ذره" را در هر جفت باریون-ضد باریون توسط زنجیره واپاشی باریون تعیین کند. انتخاب یک الکترون به عنوان یک "ذره" در یک جفت الکترون-پوزیترون (به دلیل حفظ عدد لپتون در فرآیندهای برهمکنش ضعیف) تعیین وضعیت یک "ذره" در یک جفت الکترون نوترینو - ضد نوترینو را ثابت می کند. انتقال بین لپتون ها تجزیه می شود. نسل ها (نوع) مشاهده نشده اند، به طوری که تعریف "ذره" در هر نسل از لپتون ها، به طور کلی، می تواند به طور مستقل ساخته شود. معمولاً بر حسب قیاس با الکترون، «ذرات» را دارای بار منفی می نامند. ، که ضمن حفظ عدد لپتون، پادنوترینوهای مربوطه را تعیین می کند. برای بوزون ها، مفهوم "ذره" را می توان با یک تعریف تعریف کرد، به عنوان مثال، شارژ بیش از حد

تولد A. در برخورد ذرات ماده شتاب گرفته تا انرژی هایی که از آستانه تولید یک جفت ذره-A فراتر می روند، رخ می دهد. (سانتی متر. تولد زوج ها).به آزمایشگاه الف. شرایط در فعل و انفعالات ذرات روی شتاب دهنده ها به وجود می آیند. ذخیره سازی A. تولید شده در انجام می شود حلقه های ذخیره سازیدر خلاء بالا در طبیعت ها شرایط A. در تعامل کیهانی اولیه متولد می شوند. پرتوها با ماده، به عنوان مثال، جو زمین، و همچنین باید در مجاورت متولد شود تپ اخترهاو هسته های فعال کهکشانی نظری تشکیل A. (پوزیترون ها، پادنوکلئون ها) را در حین تجمع ماده روی آن در نظر می گیرد. سیاه چاله هادر چارچوب مدرن. کیهان شناسان تولد یک اتم را در تبخیر سیاهچاله های اولیه کم جرم می دانند.

در دمای بیش از انرژی استراحت ذرات یک نوع معین (استفاده شده = 1)، جفت ذره-A. در حالت تعادل با ماده و E-magn وجود دارد. تابش - تشعشع. چنین شرایطی را می توان برای الکترون-پوزیترون در هسته های داغ ستارگان پرجرم تحقق بخشید. طبق نظریه جهان داغ، در مراحل اولیه انبساط کیهان، جفت ذره-A با ماده و تابش در تعادل بودند. از همه نوع با توجه به مدل ها اتحاد بزرگاثرات اختلال ج-و تغییر ناپذیری CP در فرآیندهای غیرتعادلی با عدم حفظ عدد باریون می تواند در کیهان بسیار اولیه منجر به عدم تقارن باریونی جهانحتی در شرایط برابری اولیه دقیق تعداد ذرات و A. این فیزیکی می دهد. توجیه غیبت رعایت خواهد شد. داده هایی در مورد وجود اجسام در جهان از A.

روشن:دیراک P.A.M.، اصول مکانیک کوانتومی، ترجمه. از انگلیسی، ویرایش دوم، م.، 1979; K. Nishijima، ذرات بنیادی، ترجمه. از انگلیسی، 1965; Li Ts.، Wu Ts.، تعاملات ضعیف، ترجمه. از انگلیسی، M., 1968; Zeldovich Ya.V., Novikov I.D.، ساختار و تکامل جهان، M.، 1975. M. Yu. Khlopov.

دایره المعارف فیزیکی. در 5 جلد. - م .: دایره المعارف شوروی. سردبیر A.M. Prokhorov. 1988 .

ببینید «ضد ذرات» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

ذرات بنیادی دارای جرم، اسپین، طول عمر و برخی خصوصیات درونی مشابه با ذرات مشابه خود هستند، اما با ذرات در علائم بار الکتریکی و گشتاور مغناطیسی، بار باریون، لپتون ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

ضد ذرات، دوقلوهای ذرات بنیادی که در آنها جرم و سایر خصوصیات فیزیکی مقادیری برابر با ذرات دارند و برخی از ویژگی ها مانند بار الکتریکی یا گشتاور مغناطیسی با علامت مخالف هستند. تقریبا همه… … دایره المعارف مدرن

ضد ذرات- ضد ذرات، «دوقلوها» از ذرات بنیادی که در آنها جرم و سایر خصوصیات فیزیکی مقادیری برابر با ذرات دارند و برخی از خصوصیات مانند بار الکتریکی یا گشتاور مغناطیسی با علامت مخالف هستند. تقریبا… … فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

ضد ذرات- مجموعه ای از ذرات بنیادی و بنیادی بسیار که جرم و (نگاه کنید به) آن ها دقیقاً برابر با جرم و اسپین یک ذره معین است و بار الکتریکی، گشتاور مغناطیسی و سایر خصوصیات مشابه با همان مشخصات یک ذره یکسان است. ذره اما...... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

پادذره ذره‌ای است، همزاد ذره‌ای بنیادی دیگر، که جرم و اسپین یکسانی دارد، اما در نشانه‌های برخی از خصوصیات برهمکنش (بارهای الکتریکی و رنگی، باریونی و...) با آن تفاوت دارد. . ویکیپدیا

- دوقلوهای ذرات بنیادی معمولی که با دومی در علامت بار الکتریکی و در علائم برخی از خصوصیات دیگر تفاوت دارند. یک ذره و یک پادذره جرم، چرخش و طول عمر یکسانی دارند. اگر یک ذره با سایر خصوصیات کوانتومی داخلی که دارای علامت هستند نیز مشخص شود، آنگاه پادذره همان مقادیر این ویژگی ها را دارد، اما علائم مخالف هستند. اگر یک ذره ناپایدار باشد (واپاشی)، آنگاه پادذره نیز ناپایدار است، و طول عمر آنها با هم منطبق است و روش های فروپاشی همزمان می شوند (تا جایگزینی در طرح های فروپاشی ذرات به پاد ذره).
ماده معمولی از پروتون (p)، نوترون (n) و الکترون (e -) تشکیل شده است. پادماده از پادذرات آنها تشکیل شده است - آنتی پروتون ها ()، ضد نوترون ها () و پادالکترون ها (e + پوزیترون). انتخاب اینکه کدام ذرات به عنوان ذره در نظر گرفته شوند و کدام یک ضد ذره مشروط است و با ملاحظات راحتی تعیین می شود. پاد ذره پاد ذره یک ذره است. در یک برخورد، یک ذره و یک پاد ذره ناپدید می شوند (از بین می روند) و به کوانتوم گاما تبدیل می شوند.
در برخی موارد (مثلاً فوتون یا π 0 -مزون و غیره) ذره و پاد ذره کاملاً بر هم منطبق هستند. این به دلیل این واقعیت است که فوتون و π-0-مزون بار الکتریکی یا سایر مشخصات داخلی علامت دار ندارند.

مشخصه	ذره	پاد ذره
وزن	م	م
شارژ الکتریکی	+ (-) س	- (+) س
چرخش	جی	جی
لحظه مغناطیسی	+(-)μ	-(+)μ
شماره باریون	+ ب	-ب
عدد لپتون	+ L e، + L μ، + L τ	-L e، -L μ، -L τ
عجیب بودن	+ (-) s	- (+) s
افسون	+ (-) ج	- (+) ج
پایین بودن	+ (-) ب	- (+) ب
بالا بودن	+ (-) t	- (+) t
ایزوسپین	من	من
طرح ریزی ایزوسپین	+ (-) I 3	- (+) I 3
برابری	+(-)	-(+)
طول عمر	تی	تی
طرح پوسیدگی		مزدوج شارژ

پادماده از پادذرات - پادپروتون، پاد نوترون و پادالکترون - e + پوزیترون تشکیل شده است. ذرات و پادذرات با هم برابرند. انتخاب اینکه کدام ذرات به عنوان ذره در نظر گرفته شوند و کدام یک ضد ذره مشروط است و با ملاحظات راحتی تعیین می شود. در بخش قابل مشاهده کیهان، ماده از الکترون های با بار منفی، پروتون های با بار مثبت و نوترون ها تشکیل شده است.
هنگامی که یک الکترون و یک پوزیترون با هم برخورد می کنند، ناپدید می شوند (از بین می روند) و به کوانتوم های گاما تبدیل می شوند. در طی نابودی ذرات با تعامل قوی، به عنوان مثال، یک پروتون و یک آنتی پروتون، چندین مزون π +، π -، π 0، K +، K -، K 0 تشکیل می شود.

مطابق با معادله دیراک، ملاقات یک الکترون با یک پوزیترون عواقب مرگباری برای آنها دارد - هر دو ذره ناپدید می شوند. چنین پیش‌بینی شگفت‌انگیزی و تأیید تجربی آن تأثیر زیادی بر روی فیزیکدانان و غیرفیزیکدانان گذاشت - بالاخره این اولین نمونه از تبدیل کامل ماده به تابش بود. اثر تازه کشف شده نابودی نام داشت که در لاتین به معنای نابودی کامل است.

به دلیل نابودی در مرزهای خوشه های ماده و پادماده، تاکنون هیچ کس موفق به تشخیص تابش آنتی هلیوم و گاما کیهانی با یک طیف خاص نشده است.

در واقع، این جمله که برهمکنش ذرات و پادذرات همواره منجر به تولید فوتون می شود، حتی در رابطه با الکترون ها و پوزیترون ها نیز نادرست است. یک جفت الکترون-پوزیترون آزاد با تشکیل کوانتوم های الکترومغناطیسی تنها در صورتی از بین می رود که انرژی آن خیلی زیاد نباشد. الکترون‌ها و پوزیترون‌های بسیار سریع قادر به تولید پی مزون‌های مثبت و منفی هستند (آنها هم پیون هستند)، میون‌های مثبت و منفی، پروتون‌ها و پادپروتون‌ها و حتی ذرات سنگین‌تر - فقط انرژی کافی است. در طی نابودی، پروتون‌ها و پادپروتون‌های آهسته پیون‌های باردار و خنثی (و سریع - به ذرات دیگر) ایجاد می‌کنند که به کوانتوم‌های گاما، میون‌ها و نوترینوها تجزیه می‌شوند. اصولاً برخورد یک ذره و ضد کپی آن می تواند هر یک از ترکیبات ذرات را ایجاد کند که اصول تقارن و قوانین بقای آن را ممنوع نکرده است.

مطابق معادله دیراک، ملاقات یک الکترون با یک پوزیترون عواقب مرگباری برای آنها دارد - هر دو ذره ناپدید می شوند. چنین پیش‌بینی شگفت‌انگیزی و تأیید تجربی آن تأثیر زیادی بر روی فیزیکدانان و غیرفیزیکدانان گذاشت - بالاخره این اولین نمونه از تبدیل کامل ماده به تابش بود. اثر تازه کشف شده نابودی نام داشت که در لاتین به معنای نابودی کامل است.

ممکن است به نظر برسد که نابودی هیچ تفاوتی با دیگر فعل و انفعالات بین ذره ای ندارد، اما یک ویژگی اساسی دارد. برای اینکه ذرات پایدار، مانند پروتون ها یا الکترون ها، در هنگام ملاقات، بارانی از ساکنان عجیب و غریب کیهان کوچک ایجاد کنند، باید به درستی پراکنده شوند. هنگامی که آنها به هم می رسند، پروتون های آهسته به سادگی سرعت خود را تغییر می دهند - و این پایان کار است. اما پروتون و پادپروتون پس از نزدیک شدن، یا دچار پراکندگی و پراکندگی کشسانی می شوند، یا از بین می روند و ذرات ثانویه تولید می کنند.

همه موارد فوق به نابودی ذرات آزاد اشاره دارد. اگر حداقل یکی از آنها بخشی از یک سیستم کوانتومی باشد، در اصل وضعیت ثابت می ماند، اما جایگزین ها تغییر می کنند. به عنوان مثال، نابودی یک الکترون آزاد و یک پوزیترون آزاد هرگز نمی تواند تنها یک کوانتوم ایجاد کند - قانون بقای تکانه اجازه نمی دهد. اگر ما در سیستم مرکز جرم جفت برخورد کننده کار کنیم این به راحتی قابل مشاهده است - آنگاه ضربه اولیه خواهد بود صفر استو بنابراین نمی تواند با تکانه یک فوتون منطبق شود، مهم نیست کجا پرواز می کند. اگر پوزیترون با الکترونی برخورد کند که مثلاً بخشی از اتم هیدروژن است، نابودی یک فوتون نیز امکان پذیر است - در این صورت، بخشی از تکانه به هسته اتم منتقل می شود.

راه های اصلی جستجوی پادماده ثبت تشعشع با مشخصه انرژی نابودی یا ثبت مستقیم پادذرات بر حسب جرم و بار است. از آنجایی که پادپروتون ها و هسته های پاد هلیوم نمی توانند در اتمسفر پرواز کنند، ثبت آنها تنها با کمک ابزارهایی که در لایه های بالای جو روی بالون ها قرار دارند، یا ابزارهای مداری مانند طیف سنج آلفای مغناطیسی AMS-01 که به میر تحویل داده می شود امکان پذیر است. ایستگاه در سال 1998، یا پسر عموی بهبود یافته آن AMS-02 (تصویر)، که در سال 2010 در ایستگاه فضایی بین المللی فعالیت خود را آغاز خواهد کرد.

ضد گراو چطور؟

فیزیکدان انگلیسی آرتور شوستر معتقد بود که پادماده به صورت گرانشی از ماده معمولی دفع می شود، اما علم مدرنآن را بعید می داند. از کلی ترین اصول تقارن قوانین ریزجهان، چنین استنباط می شود که پادذرات باید مانند ذرات بدون پیشوند «ضد» با نیروهای گرانشی به یکدیگر جذب شوند. این سوال که برهمکنش گرانشی ذرات و پادذرات چیست هنوز به طور کامل حل نشده است، اما پاسخ آن تقریباً واضح است.

اجازه دهید ابتدا به انیشتین بپردازیم نظریه عمومینسبیت بر اساس اصل برابری دقیق توده های گرانشی و بی اثر است و برای ماده معمولی این بیانیه به طور تجربی توسط بسیاری از دقیق ترین اندازه گیری ها تأیید می شود. از آنجایی که جرم بی اثر یک ذره دقیقاً برابر با جرم پادذره آن است، به نظر می رسد که جرم گرانشی آنها نیز برابر باشد. با این حال، این هنوز یک فرض است، هرچند بسیار قابل قبول، و با استفاده از نسبیت عام غیر قابل اثبات است.

استدلال دیگری علیه دافعه گرانشی بین ماده و پادماده از مکانیک کوانتومی ناشی می شود. به یاد بیاورید که هادرون ها (ذراتی که در برهمکنش های قوی شرکت می کنند) از کوارک هایی تشکیل شده اند که توسط پیوندهای گلوئونی به هم چسبیده اند. هر باریون شامل سه کوارک است، در حالی که مزون ها از ترکیبات جفتی کوارک ها و آنتی کوارک ها تشکیل شده اند و همیشه یکسان نیستند (مزونی حاوی یک کوارک و آنتی کوارک خودش یک ذره واقعا خنثی است به این معنا که کاملاً با ضد کوارک خود یکسان است. فصل). با این حال، این ساختارهای کوارکی را نمی توان کاملاً پایدار در نظر گرفت. به عنوان مثال، یک پروتون از دو کوارک u تشکیل شده است که هر یک حامل بار الکتریکی اولیه 2/3 + و یک کوارک d با بار 1/3- است (بنابراین بار پروتون +1 است. ). با این حال، در نتیجه تعامل با گلوئون ها، این کوارک ها می توانند ماهیت خود را برای مدت بسیار کوتاهی تغییر دهند - به ویژه تبدیل به آنتی کوارک شوند. اگر ذرات و پادذرات به صورت گرانشی دفع شوند، وزن پروتون (و همچنین، به طور طبیعی، نوترون) باید نوسانات ضعیفی ایجاد کند. با این حال، تا کنون، چنین اثری در یک آزمایشگاه پیدا نشده است.

ضد ماده و کهکشان راه شیری

در دهه 1970، اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ های پرتو گاما که بر روی بالن های ارتفاع بالا نصب شده بودند، کوانتاهای گاما با انرژی 511 کیلو ولت را کشف کردند که از مرکز کهکشان ما - کهکشان راه شیری - می آمد. این انرژی است که مشخصه نابودی الکترون‌ها و پوزیترون‌های آزاد است که امکان وجود یک ابر ضد ماده به اندازه حدود 10000 سال نوری را فراهم می‌کند.

شکی نیست که اعلیحضرت آزمایش روزی به این سوال پاسخ خواهد داد. کمی طول می کشد - برای انباشته شدن بیشتر پادماده و مشاهده نحوه رفتار آن در میدان گرانشی زمین. با این حال، از نظر فنی، این اندازه‌گیری‌ها بسیار پیچیده هستند و پیش‌بینی زمان انجام آن‌ها دشوار است.

پس چه فرقی دارد؟

پس از کشف پوزیترون به مدت ربع قرن، تقریباً همه فیزیکدانان متقاعد شدند که طبیعت بین ذرات و پادذرات تمایز قائل نمی شود. به طور خاص، اعتقاد بر این بود که هر فرآیند فیزیکی با مشارکت ذرات دقیقاً مطابق با همان فرآیند با مشارکت پادذرات است و هر دوی آنها با احتمال یکسان انجام می شوند. داده های تجربی موجود نشان داد که این اصل برای هر چهار برهمکنش اساسی - قوی، الکترومغناطیسی، ضعیف و گرانشی مشاهده می شود.

و سپس به نوعی همه چیز به طور چشمگیری یکباره تغییر کرد. در سال 1956، فیزیکدانان آمریکایی لی زونگ تائو و یانگ جنینگ اثری برنده جایزه نوبل منتشر کردند که در آن در مورد دشواری دو ذره به ظاهر یکسان، تامزون و تاومزون، تجزیه و تحلیل می‌کردند. عدد متفاوتگل صد تومانی نویسندگان تاکید کردند که این مشکل را می توان حل کرد اگر فرض کنیم که چنین فروپاشی با فرآیندهایی مرتبط است که ماهیت آنها هنگام عبور از سمت راست به سرد تغییر می کند، به عبارت دیگر، با بازتاب آینه ای (فیزیکدانان کمی بعد متوجه شدند که در نمای کلیلازم است در مورد بازتاب ها در هر یک از سه صفحه مختصات صحبت کنیم - یا، که یکسان است، در مورد تغییر علائم همه مختصات فضایی، وارونگی فضایی). این بدان معناست که فرآیند آینه‌ای ممکن است ممنوع باشد یا با احتمال متفاوتی نسبت به قبل از بازتاب رخ دهد. یک سال بعد، آزمایش‌کنندگان آمریکایی (متعلق به دو گروه مستقل و کار با روش‌های مختلف) تأیید کردند که چنین فرآیندهایی وجود دارد.

این سرآغاز است. در همان زمان، فیزیکدانان نظری از اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا دریافتند که شکستن تقارن آینه ای، شکستن تقارن را با توجه به جایگزینی ذرات با پادذرات امکان پذیر می کند، که همچنین بارها در آزمایش ها ثابت شده است. شایان ذکر است که نه چندان قبل از لی و یانگ، اما همه در همان سال 1956، فیزیکدان تجربی مارتین بلاک و نظریه پرداز بزرگ ریچارد فاینمن در مورد امکان شکستن تقارن آینه ای بحث کردند، اما آنها هرگز این ملاحظات را منتشر نکردند.

فیزیکدانان به طور سنتی اشاره می کنند انعکاس آینهحرف لاتین P، و جایگزینی ذرات توسط پادذرات آنها با حرف C. هر دو تقارن فقط در فرآیندهایی که شامل برهمکنش ضعیف است، شکسته می‌شوند، همان فرآیندی که مسئول فروپاشی بتا هسته‌های اتمی است. نتیجه می شود که دقیقاً به دلیل برهمکنش های ضعیف است که تفاوت هایی در رفتار ذرات و ضد ذرات وجود دارد.

در طی یکی از آخرین ماموریت های شاتل (STS-134) در سال 2010، یک ابزار علمی جدید، یک طیف سنج آلفای مغناطیسی (AMS-02، طیف سنج مغناطیسی آلفا)، به MSC تحویل داده خواهد شد. نمونه اولیه AMS-01 آن در سال 1998 در ایستگاه فضایی میر تحویل داده شد و عملکرد مفهومی را تایید کرد. هدف اصلی این برنامه علمی مطالعه و اندازه گیری با دقت بالا ترکیب پرتوهای کیهانی و همچنین جستجوی اشکال عجیب و غریب ماده - ماده تاریک، ماده عجیب (ذراتی که حاوی کوارک های عجیب و غریب هستند) خواهد بود. و همچنین ضد ماده - به ویژه، هسته های آنتی هلیوم ...

نقض عجیب تقارن آینه ای باعث تلاش هایی برای جبران آن به نحوی شده است. قبلاً در سال 1956، لی و یانگ، و مستقل از آنها لو لاندو، پیشنهاد کردند که طبیعت بین سیستم هایی که با استفاده مشترک از تبدیل های C و P (به اصطلاح تقارن CP) از یکدیگر به دست می آیند، تمایز قائل نمی شود. از نقطه نظر نظری، این فرضیه بسیار قانع کننده به نظر می رسد و علاوه بر این، به خوبی با داده های تجربی مطابقت دارد. با این حال، تنها هشت سال بعد، محققان آزمایشگاه ملی بروکهاون دریافتند که یکی از مزون‌های K بدون بار (یا همانطور که به آنها کائون نیز گفته می‌شود) می‌تواند به یک جفت پایون تجزیه شود. با رعایت دقیق تقارن CP، چنین تحولی غیرممکن است - و بنابراین، این تقارن جهانی نیست! درست است که سهم پوسیدگی های به ظاهر حرام از 0.2 درصد فراتر نرفت اما باز هم اتفاق افتاد! این کشف باعث شد تا جیمز کرونین و وال فیچ، رهبران تیم بروکهاون، جایزه نوبل فیزیک را دریافت کنند.

تقارن و ضد ماده

نقض تقارن CP مستقیماً با تفاوت بین ماده و پادماده مرتبط است. در اواخر دهه 1990، آزمایش بسیار زیبایی در سرن با کائون های خنثی K0 انجام شد که هر کدام از یک کوارک d و یک آنتی کوارک عجیب و غریب بزرگتر تشکیل شده است. قوانین طبیعت به آنتی کوارک ها اجازه می دهد تا مقداری از انرژی خود را از دست بدهند و به آنتی دی تبدیل شوند. انرژی آزاد شده می تواند به سمت واپاشی کائون برود، اما ممکن است کوارک d همسایه آن را جذب کند و به یک کوارک عجیب تبدیل شود. در نتیجه، ذره ای ظاهر می شود که از یک ضد کوارک d و یک کوارک عجیب، یعنی یک ضد کائون خنثی تشکیل شده است. به طور رسمی، این تبدیل را می توان نتیجه اعمال تبدیل CP به کائون توصیف کرد!

بنابراین، اگر تقارن CP کاملاً رعایت شود، کائون‌های خنثی K0 دقیقاً با همان احتمالی که تحت تبدیل‌های معکوس قرار می‌گیرند، وارد پادذرات خود می‌شوند. هر گونه نقض تقارن CP مستلزم تغییر در یکی از این احتمالات است. اگر پرتویی از تعداد مساوی کائون ها و آنتی کائون های خنثی تهیه کنیم و دینامیک غلظت هر دو ذره را ردیابی کنیم، می توانیم بفهمیم که آیا نوسانات کوانتومی آنها به تقارن CP احترام می گذارد یا خیر.

این دقیقا همان کاری است که فیزیکدانان سرن انجام دادند. آنها دریافتند که آنتی کائون های خنثی کمی سریعتر از آنتی کائون ها به کائون تبدیل می شوند. به عبارت دیگر، فرآیندی کشف شد که طی آن پاد ماده سریعتر از ماده به پاد ماده تبدیل به ماده می شود! در مخلوطی که در ابتدا نسبت های مساوی از ماده و پادماده داشته باشد، در طول زمان یک ماده اضافی کوچک، اما هنوز قابل اندازه گیری، تشکیل می شود. همین اثر در آزمایش‌ها با سایر ذرات خنثی سنگین - مزون‌های D0 و مزون‌های B0 نشان داده شد.

بنابراین، در پایان قرن بیستم، آزمایش‌کنندگان به طور قانع‌کننده‌ای ثابت کردند که برهمکنش‌های ضعیف به طرق مختلف بر ذرات و پادذرات تأثیر می‌گذارند. اگرچه این تفاوت ها به خودی خود بسیار کوچک هستند و تنها در جریان برخی از دگرگونی های ذرات بسیار عجیب و غریب آشکار می شوند، اما همه آنها کاملا واقعی هستند. این بدان معناست که بین ماده و پادماده عدم تقارن فیزیکی وجود دارد.

برای کامل شدن موضوع باید به یک مورد دیگر نیز اشاره کرد. در دهه 1950، مهم ترین گزاره مکانیک کوانتومی نسبیتی، قضیه CPT، اثبات شد. بیان می‌کند که ذرات و پادذرات با توجه به تبدیل CP کاملاً متقارن هستند و به دنبال آن زمان معکوس می‌شود (به بیان دقیق، این قضیه فقط بدون در نظر گرفتن گرانش صادق است، در غیر این صورت سؤال باز می‌ماند). در نتیجه، اگر تقارن CP در برخی از فرآیندها رعایت نشود، سرعت آنها در جهت "به جلو" و "عکوس" (که البته هر دو در نظر گرفته می شود، مورد توافق است) باید نابرابر باشد. این دقیقاً همان چیزی است که آزمایش‌های سرن با کائون‌های خنثی ثابت کرده است.

ماموریت AMS-02 حدود هفت سال ادامه خواهد داشت. انتظار می‌رود این ماژول هفت تنی که به ایستگاه فضایی بین‌المللی متصل شده است، بیش از 1 میلیارد هسته هلیوم و چندین هسته ضد هلیوم را ثبت کند. سلف این آشکارساز، AMS-01، حدود 1 میلیون هسته هلیوم را ثبت کرد، اما آنتی هلیوم پیدا نکرد.

ضد جهان ها کجا هستند؟

در سال 1933، پل دیراک متقاعد شد که جزایر کاملی از ضد ماده در جهان ما وجود دارد که او در سخنرانی نوبل خود به آنها اشاره کرد. با این حال، دانشمندان مدرن معتقدند که چنین جزایری نه در کهکشان ما و نه در فراتر از آن وجود ندارد.

البته پادماده به این صورت وجود دارد. پادذرات توسط بسیاری از فرآیندهای پرانرژی مانند ادغام سوخت ستاره ها و انفجارهای ابرنواختری تولید می شوند. آنها در ابرهای پلاسمای مغناطیسی اطراف ستاره های نوترونی و سیاهچاله ها، در هنگام برخورد ذرات سریع کیهانی در فضای بین ستاره ای، زمانی که جو زمین توسط پرتوهای کیهانی بمباران می شود، و در نهایت، در آزمایش های شتاب دهنده به وجود می آیند. علاوه بر این، فروپاشی برخی رادیونوکلئیدها با تشکیل پادذرات - یعنی پوزیترون ها - همراه است. اما همه اینها فقط ضد ذرات هستند و به هیچ وجه ضد ماده نیستند. تا به حال، هیچ کس موفق نشده است حتی یک آنتی هلیوم کیهانی را شناسایی کند، نه اینکه به عناصر سنگین تر اشاره کنیم. جستجو برای تابش گاما با یک طیف خاص به دلیل نابودی در مرزهای خوشه های کیهانی ماده و پادماده نیز ناموفق بود.

ادبیات علمی به طور دوره ای کشف منابع اولیه غیر استاندارد ضد ذرات کیهانی با منشاء ناشناخته را گزارش می دهد. در آوریل 2009، داده هایی در مورد بیش از حد مرموز پوزیترون های بسیار سریع ثبت شده توسط مجموعه آشکارساز PAMELA منتشر شد. این تجهیزات در هواپیما قرار دارد ماهواره روسی"Resurs-DK1"، 15 ژوئن 2006، از کیهان بایکونور به مدار پایین زمین فرستاده شد. برخی از کارشناسان این نتیجه را به عنوان شواهد احتمالی از نابودی ذرات ماده تاریک فرضی تفسیر کردند، اما توضیحی کمتر عجیب و غریب به زودی پدیدار شد. این فرضیه توسط متخصص مشهور پرتوهای کیهانی ونیامین برزینسکی از آزمایشگاه ملی گرن ساسو، بخشی از موسسه ملی فیزیک هسته‌ای ایتالیا، برای "PM" توضیح داده شد: "مدل استاندارد تولید پرتوهای کیهانی کهکشانی بر سه موقعیت استوار است. اولین و اصلی ترین منبع ذرات باردار را بقایای ابرنواختر می دانند. ایده دوم این است که ذرات در جلوی امواج ضربه ای پس از انفجار به سرعت های ماوراء نسبیت شتاب می گیرند و در این شتاب نقش خود را دارند. میدان مغناطیسی... نکته سوم این است که پرتوهای کیهانی به صورت انتشاری منتشر می شوند. یکی از دانشجویان سابق من و اکنون استاد مؤسسه ملی اخترفیزیک، پاسکواله بلاسی، نشان داد که مازاد پوزیترون های شناسایی شده توسط مجموعه PAMELA کاملاً با این مدل سازگار است. پروتون هایی که در امواج ضربه ای شتاب می گیرند با ذرات گاز کیهانی برخورد می کنند و در این ناحیه از شتاب آنها است که به پیون های مثبت تبدیل می شوند که با تشکیل پوزیترون و نوترینو تجزیه می شوند. بر اساس محاسبات بلاسی، این فرآیند ممکن است دقیقاً غلظت پوزیترون های یافت شده توسط PAMELA را نشان دهد. چنین مکانیزمی برای تولید پوزیترون کاملاً طبیعی به نظر می رسد، اما به دلایلی تا به حال هرگز به ذهن کسی خطور نکرده است. بلاسی همچنین نشان داد که همین فرآیندها باید پادپروتون های اضافی تولید کنند. با این حال، سطح مقطع تولید آنها بسیار کمتر از مقدار مربوط به پوزیترون است، به همین دلیل است که آنها را فقط در انرژی های بالاتر می توان ثبت کرد. من فکر می کنم که به مرور زمان ممکن خواهد شد."

صلح یا ضد جهان؟

تصور کنید که ما در حال پرواز در یک فضاپیمای بین ستاره ای هستیم که به سیاره ای با حیات هوشمند نزدیک می شود. چگونه بفهمیم که برادران ما از چه چیزی ساخته شده اند - از ماده یا ضد ماده؟ شما می توانید یک کاوشگر شناسایی بفرستید، اما اگر در جو منفجر شود، ممکن است ما را مهاجمان فضایی در نظر بگیرند، همانطور که در رمان علمی تخیلی کریستوف بورون «ضد جهان» اتفاق می افتد. با استفاده از همان کائون ها و آنتی کائون های خنثی می توان از این امر جلوگیری کرد. همانطور که قبلا ذکر شد، آنها نه تنها می توانند به یکدیگر تبدیل شوند، بلکه می توانند از هم بپاشند و به روش های مختلف. به ویژه، در چنین واپاشی‌هایی، نوترینوها می‌توانند با پیون‌ها و الکترون‌های مثبت یا پیون‌ها و پوزیترون‌های منفی همراه باشند. به دلیل عدم تقارن بین ماده و پادماده، سرعت چنین واکنش هایی تا حدودی متفاوت است. از این شرایط می توان به عنوان "کاغذ تورنسل" استفاده کرد. برای آزمایش ضد مادی بودن یک سیاره بیگانه، راحت است که کائون ها و آنتی کائون های خالص را نگیریم، بلکه حالت های ترکیبی آنها را که معمولاً به عنوان Ks و Kl نشان داده می شوند (s کوتاه است و l طولانی است). واقعیت این است که در حالت L طول عمر یک ذره 570 برابر بیشتر از حالت S است (5.12x10 ^ -8 ثانیه در مقابل 8.95x10 ^ -11 ثانیه). در نسخه با عمر طولانی کائون ها، تقارن ماده و پادماده بسیار بارزتر است - به ازای هر 10 هزار واپاشی از نوع مورد نظر، تقریباً 5015 پوزیترون و 4985 الکترون تولید می کنند. ضمناً متذکر می شویم که آزمایش تاریخی کرونین و فینچ روی مزون های Kl نیز انجام شد. و حالا بیایید با برادران در ذهن صحبت کنیم. کائون ها دارای جرم مشخصه اندکی بیش از نیمی از جرم یک پروتون هستند. بیایید به شرکای مذاکره کننده خود توضیح دهیم که به یک ذره خنثی ناپایدار با جرم کمی بیشتر از جرم هسته ساده ترین اتم نیاز داریم. فیزیکدانان بیگانه متوجه خواهند شد که ما در مورد چه چیزی صحبت می کنیم، Kl-meson ها را می سازند و ویژگی های فروپاشی آنها را که برای ما جالب است تعیین می کنند. وقتی آنها در این کار موفق شدند، می پرسیم که آیا علامت بار الکتریکی سبک ترین ذرات باردار تولید شده در این واپاشی ها کمی بیشتر از ذره مشابه علامت مخالف با علامت ذرات سازنده اتم ها مطابقت دارد یا خیر. از دنیای آنها در صورت پاسخ مثبت، برای ما روشن می شود که ترکیب اتم های آنها شامل پوزیترون است و بنابراین، بیگانه از پادماده تشکیل شده است. و اگر پاسخ منفی است، می توانید برای فرود آماده شوید!

به طور کلی، تا اینجا همه چیز گویای این واقعیت است که هیچ ضد ستاره، هیچ ضد سیاره یا حتی کوچکترین ضد شهاب در فضا وجود ندارد. از سوی دیگر، مدل های بیگ بنگ به طور کلی پذیرفته شده بیان می کنند که اندکی پس از تولد، جهان ما حاوی همان تعداد ذره و پادذره است. پس چرا اولی زنده ماند و دومی ناپدید شد؟ .. پاسخ این سوال را در یکی از مطالب زیر بخوانید.

مقاله "جنگ ذرات و پادذرات: میدان نبرد برای چه کسانی باقی مانده است" در مجله Popular Mechanics (

هیچ دلیلی وجود نداشت که باور کنیم وجود یک پوزیترون، یا به قولی که اکنون بهتر است آن را پادالکترون بنامیم، از ویژگی های ذرات کوچک است. با وجود تعدادی ویژگی خاص، تئوری برهمکنش بین نوکلئون ها در امتداد همان خطوطی که نظریه برهمکنش الکترون ها توسعه می یابد. در بیشتر کارهای نظری، فرض بر این است که نوکلئون ها باید با معادلات کاملاً مشابه معادلات دیراک برای الکترون ها توصیف شوند. اگر چنین است، پس برای نوکلئون ها باید انتظار وجود پادذره هایی را داشت که در همان قرار دارند

رابطه با پروتون و نوترون که حاوی پوزیترون و الکترون است. تجربه نشان داده است که این دقیقاً در مورد پروتون صادق است. کمی بعد، پادنوترون نیز کشف شد که در جهت گشتاور مغناطیسی با نوترون تفاوت دارد (برای نوترون، گشتاور مغناطیسی و بردار تکانه دورانی ضد موازی و برای پادنوترون موازی هستند).

برنج. 246. (به اسکن مراجعه کنید)

کشف پاد پروتون اعتبار ایده کلی را نشان می دهد - ارتباط جدایی ناپذیر میدان با ذرات. درست مثل یک جفت پوزیترون -

یک الکترون، یک جفت پروتون-ضد پروتون می تواند با انتقال یک نوکلئون از حالت انرژی منفی به حالتی با انرژی مثبت ایجاد شود. برای این منظور، انرژی مورد نیاز کمتر از این انرژی عظیم است، 1840 برابر بیشتر از انرژی لازم برای ایجاد یک جفت الکترون-پوزیترون. شتاب دهنده هایی برای میلیاردها الکترون ولت برای امکان یافتن این آنتی پروتون مورد نیاز بود.

هنگامی که یک پروتون با یک آنتی پروتون ملاقات می کند، آنها از بین می روند. از آنجایی که نوکلئون ها انرژی را از طریق میدان مزون منتقل می کنند، پس در حین نابودی جرم و انرژی آنها به کوانتوم های این میدان - مزون ها داده می شود.

شکی نیست که این روند در سال های آینده مورد بررسی دقیق قرار خواهد گرفت.

در شکل 246 عکسی از نابودی یک پروتون و یک ضد پروتون را نشان می دهد. این فرآیند در یک محفظه حباب پر از پروپان مایع مشاهده شد. نمودار فرآیند در بالا سمت چپ نشان داده شده است.

ملاحظات در مورد لزوم وجود پادذرات در مورد نوترینوها صدق می کند. «تصویر آینه ای» پادنوترینو نامیده می شود. تفاوت بین ذرات تشکیل دهنده دوتایی مانند نوترون و پادنوترون است.

میون ها نیز به شکل دوتایی یافت می شوند و همچنین ذرات بنیادی دیگری که در مورد آنها صحبت نکردیم.

میون ها سه گانه هستند: میون به شکل انواع با بارهای مثبت و منفی و همچنین با باری برابر با صفر وجود دارد. برخلاف نوترون و نوترینو، یک میون خنثی بدون چرخش نمی‌تواند پادذره داشته باشد (همچنین می‌توانید بگویید: با پاد ذره‌اش منطبق است). ذره دیگری که "بازتاب" ندارد فوتون است.

GOSKOMVUZ RF

گروه فیزیک عمومی

موضوع: "ضد ذرات"

دانشکده: AVTF

گروه: A-513

دانش آموز: Efimenko D.V.

معلم: Usoltseva N.Ya.

نووسیبیرسک

پادماده ماده ای است که از پاد ذرات ساخته شده است. وجود پادذرات برای اولین بار در سال 1930 توسط فیزیکدان انگلیسی پی دیراک پیش بینی شد. از معادله دیراک برای الکترون نسبیتی راه حل دوم برای دوقلوی خود که جرم یکسان و بار الکتریکی مثبت دارد دنبال شد. در همان زمان، تنها یک ذره با بار مثبت شناخته شد - پروتون، که به شدت در خواص آن با الکترون متفاوت بود. نظریه پردازان شروع به ابداع توضیحات مبتکرانه برای این تفاوت ها کردند، اما به زودی مشخص شد که پروتون هیچ ارتباطی با ذره ای که دیراک پیش بینی کرده بود ندارد. در سال 1932، فیزیکدان آمریکایی K. Anderson، پوزیترون های دارای بار مثبت را در پرتوهای کیهانی کشف کرد. این کشف تأییدی درخشان بر نظریه دیراک بود.

در سال 1955، در یک شتاب دهنده جدید در برکلی، E. Segre، O. Chamberlain و دیگران آنتی پروتون هایی را کشف کردند که در برخورد پروتون ها با هسته های یک هدف مسی تولید می شد. پیش از این، یک پروتون با بار منفی برای مدت طولانی و ناموفق در پرتوهای کیهانی جستجو شده بود. در سال 1956، پادنوترون نیز کشف شد. بسیاری از ذرات در حال حاضر شناخته شده اند و تقریباً همه آنها با پاد ذرات مطابقت دارند.

ذرات و پادذرات جرم، طول عمر، اسپین یکسانی دارند، اما در علائم همه بارها متفاوت هستند: الکتریکی، باریون، لپتون، و غیره.

از دیدگاه مدرن، ذرات بنیادی به دو گروه تقسیم می شوند. اولین آنها ذرات با اسپین نیمه صحیح هستند: لپتون های باردار e -، m -، t -، نوترینوهای مربوطه و کوارک های u، d، c، b، t. همه این ذرات ضد ذرات نیز دارند. گروه دیگر کوانتوم میدان‌های دارای اسپین صحیح هستند که برهمکنش‌ها را انتقال می‌دهند: فوتون، بوزون‌های میانی برهم‌کنش‌های ضعیف، گلوئون‌های برهم‌کنش قوی. برخی از آنها واقعاً خنثی هستند (g، Z 0)، یعنی تمام اعداد کوانتومی آنها برابر با صفر است و با پادذرات آنها یکسان هستند. دیگران (W +، W -) نیز جفت ذره - ضد ذره را تشکیل می دهند. اکنون به راحتی می توان فهمید که همه باریون های متشکل از سه کوارک باید دارای پادذره باشند، به عنوان مثال: یک نوترون دارای یک ترکیب (

)، ضد نوترون - (). مزون ها از یک کوارک و یک آنتی کوارک تشکیل شده اند و به طور کلی دارای پادذرات نیز هستند، به عنوان مثال: مزون p - - از کوارک ها () و مزون p + از کوارک ها () تشکیل شده است. در عین حال، مزون هایی وجود دارند که نسبت به جایگزینی کوارک ها با آنتی کوارک ها متقارن هستند (مثلاً p 0، r، h مزون هایی هستند که شامل جفت کوارک ها می شوند، و). همچنین مزون ها واقعاً خنثی خواهند بود.

ویژگی بارز رفتار ذرات و ضد ذرات، نابودی آنها در هنگام برخورد است. حتی دیراک روند نابودی الکترون ها و پوزیترون ها را به فوتون ها پیش بینی کرد: e - + e + ®g + g. فرآیندهای نابودی البته با حفظ انرژی، تکانه، بار الکتریکی و غیره پیش می‌روند. در این صورت نه تنها فوتون‌ها، بلکه ذرات دیگر نیز می‌توانند تولید شوند. بدیهی است که به دلیل قوانین بقای بارهای مختلف، ضد ذرات مربوطه به طور همزمان متولد می شوند، به عنوان مثال، در واکنش نابودی یک الکترون و یک پوزیترون به یک جفت میون: e - + e + ®m - + m +. در چنین واکنش هایی، ذرات "جذاب" و "دوست داشتنی" کشف شد. در یک فرآیند مشابه e - + e + ®t - + t + لپتون t - سنگین را کشف کرد. V سال های گذشتهفرآیند نابودی به طور فزاینده ای به عنوان یکی از پیشرفته ترین روش ها برای مطالعه ریزجهان استفاده می شود.

عمل جایگزینی ذرات با پادذرات را مزدوج بار می گویند. از آنجایی که ذرات واقعاً خنثی با پادذرات خود یکسان هستند، در طول عملیات مزدوج بار به درون خود عبور می کنند.

در فعل و انفعالات قوی و الکترومغناطیسی، تقارن کامل بین ذرات و پادذرات وجود دارد: اگر فرآیندی با ذرات امکان پذیر باشد، فرآیند مشابهی با پادذرات مربوطه امکان پذیر است و دارای ویژگی های یکسانی است. همانطور که پروتون ها و نوترون ها به دلیل برهم کنش قوی به هسته ها متصل می شوند، ضد هسته ها نیز از پادذرات مربوطه تشکیل می شوند.

در سال 1965، یک آنتی دوترون در یک شتاب دهنده در ایالات متحده به دست آمد. در سال 1969 در پروتوینو، در شتاب دهنده مؤسسه فیزیک انرژی بالا، فیزیکدانان شوروی هسته های آنتی هلیوم 3 را کشف کردند که از دو پاد پروتون و یک پاد نوترون تشکیل شده بود. سپس هسته های آنتی تریتیوم، یک آنتی هیدروژن سنگین، نیز کشف شد که از یک آنتی پروتون و دو آنتی نوترون تشکیل شده است. در اصل، می توان هم ضد اتم ها و هم حتی انباشته های بزرگ پادماده را تصور کرد. شواهد وجود پادماده در کیهان، تشعشعات نابودکننده قدرتمندی بود که از مناطق تماس ماده با پادماده می آمد.

از این گذشته، نابودی تنها 1 گرم ماده و پادماده منجر به آزاد شدن 10 14 ژول انرژی می شود که معادل انفجار یک بمب اتمی متوسط ​​10 کیلوتنی است. با این حال، اخترفیزیک هنوز چنین داده‌هایی ندارد و حتی در پرتوهای کیهانی، پادپروتون‌ها بسیار نادر هستند. اکنون عملاً شکی وجود ندارد که جهان عمدتاً از ماده معمولی تشکیل شده است.

اما همیشه چنین نیست. در مراحل اولیه توسعه کیهان در دماهای بسیار بالای حدود 1013 کلوین، تعداد ذرات و پادذرات تقریباً یکسان بود: تعداد زیادی پادپروتون (تقریباً به ازای هر چند میلیارد) تعداد پروتون های یکسانی داشتند و یک پروتون "اضافی" دیگر. بعدها، زمانی که کیهان سرد شد، تمام ذرات و پادذرات از بین رفتند و در نهایت فوتون تولید کردند، و هر چیزی که اکنون ما را احاطه کرده است، از ذرات ناچیز در گذشته ناشی شده است. فوتون های نابودی که به تدریج سرد می شوند، تا به امروز به شکل تابش باقی مانده اند. نسبت چگالی فعلی پروتون ها به چگالی فوتون های باقی مانده (9-10) اطلاعاتی در مورد بزرگی بیش از حد ذرات بر ضد ذرات در گذشته ارائه می دهد. اگر این مازاد وجود نداشت، آنگاه نابودی کامل متقابل ذرات و پادذرات رخ می‌داد و در نتیجه، جهان نسبتاً کسل‌کننده‌ای پر از گاز فوتون سرد پدید می‌آمد.

این زیاده روی از کجا آمده است؟ یکی از فرضیه ها فرض می کند که در حالت اولیه تعداد ذرات و پادذرات با هم مطابقت داشتند، اما پس از آن، به دلیل ویژگی های پویایی برهم کنش آنها، عدم تقارن به وجود آمد.

نابودی تنها فرآیندی است که در آن هر دو ذره اولیه ناپدید می شوند و کل جرم آنها به طور کامل به عنوان مثال به انرژی فوتون ها منتقل می شود. هیچ واکنش دیگری که در مهندسی قدرت استفاده می شود این ویژگی را ندارد. و در طول شکافت اورانیوم، و در فرآیندهای همجوشی گرما هسته ای، تنها بخش کوچکی (در حد یک دهم درصد) از جرم باقی مانده از ذرات شرکت کننده در واکنش به انرژی تبدیل می شود. بنابراین، نابودی پادماده با ماده، هزار برابر بیشتر از شکافت همان مقدار اورانیوم انرژی می دهد. اگر سیاره کوچکی از پادماده در اختیار داشتیم، تمام مشکلات ناشی از بحران انرژی بلافاصله ناپدید می شدند. فرض کنید یاد می گیریم تمام انرژی نابودی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنیم. سپس برای تامین برق یک سال سیاره، باید از سیاره جدا شد و تنها یک قطعه 1000 کیلوگرمی پادماده از بین رفت. این 1000 کیلوگرم را با صدها میلیون تن زغال سنگ و نفتی که هر سال استخراج می کنیم مقایسه کنید تا همین مشکل حل شود!

چه مقدار انرژی در هر گرم سوخت آزاد می شود

1. نابودی ماده و ضد ماده 10 14 ژول

2. شکافت اورانیوم 10 11 ژول

3. احتراق زغال سنگ 2.9- 10 4 ژول

ضد ماده نیز سوخت ایده آلی خواهد بود زیرا محیط زیست را آلوده نمی کند. پس از نابودی، در نهایت فقط فوتون ها و نوترینوهای پرانرژی باقی می مانند.

زمین ما مرتباً توسط جریانی از پرتوهای کیهانی بمباران می شود - ذرات پرانرژی که طی فرآیندهای مختلفی که در کهکشان ما اتفاق می افتد، تولید می شوند. بیشتر این ذرات پروتون و هسته هلیوم هستند.

اما اخیراً در سال 1979، آنتی پروتون ها نیز در پرتوهای کیهانی یافت شدند. این را دو گروه به طور همزمان گزارش کردند: فیزیکدانان شوروی از مؤسسه فیزیک و فناوری A.I. Ioffe لنینگراد و دانشمندان آمریکایی از مرکز پرواز فضایی ال. جانسون. پوزیترون در سال 1932 در پرتوهای کیهانی کشف شد. چنین فاصله زمانی طولانی بین کشف یک پوزیترون و یک پادپروتون در پرتوهای کیهانی با این واقعیت توضیح داده می شود که پادپروتون با ماده بسیار قوی تر از پوزیترون تعامل می کند. پادپروتون ها از فضا زمان رسیدن به سطح زمین را ندارند، آنها قبلاً در بالاترین لایه های جو از بین می روند. به همین دلیل است که جستجوی آنتی پروتون ها در پرتوهای کیهانی یک مشکل فنی پیچیده است. لازم است آشکارساز را تا حد امکان تا مرز جو بالا ببرید. تمام آزمایشات در مورد جستجوی پادذرات در پرتوهای کیهانی بر روی بالون ها انجام شد. به عنوان مثال، در آزمایشات آر.گلدن، بالون حدود 2 تن تجهیزات را تا ارتفاع 36 کیلومتری بلند کرد.