Astronomiya

Maddə, qaranlıq maddə və antimaddə arasında hansı fərqlər var?

Maddə, qaranlıq maddə və antimaddə arasında hansı fərqlər var?

Qaranlıq və anti maddənin eyni olduğunu düşünürdüm, ancaq bir video gördükdən sonra qaranlıq maddənin maddə olmadığını, ancaq izahlarının bir az sürətli olduğunu qeyd etdilər, buna görə şübhə etdim.

Maddə, qaranlıq maddə və antimaddə arasında hansı fərqlər var? Qohumdurlar? Bir-birlərinə necə təsir edirlər? Bu qarşılıqlı əlaqənin nümunəsini harada görə bilərəm? və yüzdə olaraq, kainatda nə qədər maddə, qaranlıq maddə və antimaddə var?

Təşəkkürlər!


Maddə sizin hazırladığınız şeylərdir.

Qarışıqlıq hər cəhətdən maddə ilə eynidir, eyni görünür, eyni davranır, yalnız hissəciklərin maddə ilə zidd elektrik yükləri var. Məsələn, elektronlarımız mənfi, pozitron (antimaddə "elektron") isə müsbət yüklüdür. Pozitron elektronun "hissəcik əleyhinə" dir.

Bir hissəcik anti-hissəciklə qarşılaşdıqda "məhv olur": iki hissəcik yox olur və enerjisini daşıyan qamma fotonlar sərbəst buraxılır. Bu səbəbdən bir parça maddə bir antimaddəyə toxunsaydı, məhv olardı və sərbəst buraxılan nəhəng enerji sayəsində nəhəng bir partlayış baş verərdi (E = mc ^ 2).

Maddə və antimaddə mütləq bir-birinə bağlıdır: eyni şey, lakin əks işarələrlə. Əkizlər, əksinə.

Səbəbi bəlli deyil, amma elə gəlir ki, orada iz miqdarına bənzər o qədər antimaddə yoxdur. Şübhəsiz deyə biləcəyimiz qədər normal maddə qədər deyil. Bu, fiziklər və kosmoloqlar üçün təəccüblüdür, çünki Böyük Partlayışdan təxminən bərabər miqdarda maddə və antimaddə əmələ gətirməsini gözləyərdiniz. Alimlər, "artıq maddə" paradoksunun həll edildikdən sonra fizikanı daha da irəliləyəcəyinə dair fikirdədirlər.


Qaranlıq məsələ - bunun nə olduğunu həqiqətən bilmirik. Konvensional bir mənada "məsələ" olduğuna və ya bununla hər hansı bir şəkildə əlaqəli olduğuna belə əmin deyil. Yalnız bilirik ki, qalaktikalar elə bir şəkildə fırlanır ki, orada daha çox kütlə var, ancaq görə bilmədiyimiz və adi qaydada hesablana bilməyəcəyimiz kütlədir. Beləliklə, "qaranlıq" adı (görünməzdə olduğu kimi) məsələdir.

Qaranlıq maddə cazibə qüvvəsi xaricində adi maddə ilə çox təsirli görünmür. Hal-hazırda qaranlıq maddə səndən keçə bilər və fərq etməzsən. Qaranlıq maddə də işıqla qarşılıqlı təsir göstərmir, buna görə onu görə bilməzsiniz. Özü ilə də çox təsir bağışlamadığı görünür, bu səbəbdən qaranlıq maddə planet və ya ulduz kimi "yığın" meydana gətirə bilməz. Bunun əvəzinə, yəqin ki, diffuz bir formada mövcuddur. Alt xətt, qaranlıq maddə yalnız cazibə qüvvəsi ilə qarşılıqlı təsir göstərir.

Qalaktikaların forması qaranlıq maddənin mövcudluğunun bir dəlilidir və maddə ilə qaranlıq maddənin qarşılıqlı təsirinin nəticəsidir. Qaranlıq maddə olmasa, qalaktikalar daha az kütləvi olardı və xarici hissələr mərkəzə nisbətən daha yavaş dönərdi. Qaranlıq maddəyə görə qalaktikalar olduqca kütləlidir və demək olar ki, qatı cisimlər kimi fırlanırlar - xarici hissələr mərkəzi hissələr qədər sürətlə fırlanır.

Təxmini məlumatlar dəyişir, ancaq normal maddə ilə müqayisədə 5x6x daha çox qaranlıq maddə kimi bir şey var deyəsən.


Tez izahatlar üçün olduqca yaxşı bir sayt Particle Adventure-dir

Anti Matter

Qaranlıq maddə

Anti Matter həqiqətən olduqca sadə və adi maddələrə çox oxşardır. Yalnız müntəzəm maddələrə toxunduqda şiddətli bir şəkildə partlayır - bir pozitron (Pozitiv Elektron) və bir elektron (mənfi) toxunaraq bir cüt qamma şüasına çevriləcək. Proton / anti Proton və ya Neutron / anti Neutron ya da Proton / antineutron ya da Neutron / antiProton (ortaq bəzi kvarklar / anti-kvarklar olduğu üçün qarşılıqlı təsir göstərirlər). Bu reaksiyalar daha mürəkkəbdir, ancaq mahiyyət eynidir. Toxunduqlarında şiddətlə partlayırlar. Beləliklə, maddə və anti maddə bir-birini buxarlamağa meylli olduğundan, kainatda həqiqətən ilkin bir anti-maddə qalmamışdır, çünki orada biraz daha çox maddə var idi.

Lakin, partlayıcı qarşılıqlı təsirdən başqa, Antimatter maddə ilə demək olar ki, eynidir, Sən nəzəri olaraq bir ulduz, bir planet, ağaclar və maddənin xaricində həyat qura bilərsən.

Dark Matter çox daha fərqlidir. Əslində bunun nə olduğunu bilmirik, ancaq fərqli bir növdür, şəffafdır və məcburi deyil, lakin kütləsi var. Adi maddə cazibə qüvvəsi ilə birləşə bilər, buna görə də ulduzlar, planetlər, kometalar, asteroidlər və s. Kimi şeylərə çevrilir. Qaranlıq maddə bunu etmir. Gökadalar ətrafında sərbəst toplanır və ya bəlkə də daha doğrusu, qalaktikalar qaranlıq maddənin böyük ciblərinin içərisində yığılır.


Qaranlıq maddə ilə qaranlıq enerji arasındakı fərq

Kainatımız 14 milyard il əvvəl Big Bang’dən qaynaqlandığı gündən bəri hər zamankindən daha genişlənir. Əvvəllər elm adamları, bütün maddələri içəriyə çəkən cazibə qüvvəsi səbəbindən yalnız yavaşlayacağını düşünürdülər. Lakin, Hubble Kosmik Teleskop müşahidələri kainatın yavaşlamağa deyil, genişlənməyə başladığını sübut edir. Bu, cazibə qüvvəsindən üstün olan başqa bir enerji forması olmadan baş verə bilməz, baxmayaraq ki, kim nə olduğunu bilmir. Maddəni xaricə itələyən bu anlaşılmaz enerjiyə Qaranlıq enerji deyilir. Atomlara yığılmış subatomik hissəciklərdən hazırlanan Yer, ulduzlar və milyardlarla qalaktikalar da daxil olmaqla görünən maddə kainatın kütləsinin yalnız% 4-nü təşkil edir. Digər kütlənin tərkibini bilmirik, yalnız 22% -i qaranlıq maddə adlanan görünməz maddədir və 74% -i daim hökm sürən Qaranlıq enerjidir. Hər ikisi də kainatın aşkar edilə bilən maddələrindəki təsirlərini hesablamaqla ölçülə bilsə də, bu ikisinin eyni olub olmadığı bilinmir.

Qaranlıq enerji hər yerdə mövcuddur və kosmos şişdikcə təsiri artır. Mövcudluğu, işığın böyük kütlələrdən keçdiyi təqdirdə qalıq radiasiyadan enerji qazanmasına imkan verir və kosmik mikrodalğalardan cavabdehdir. Yerin genişlənməsi səbəbindən cazibə zəiflədikdə qaranlıq enerji hakim olmağa başlayacaq. Kainatın genişlənməsindən məsul olan bu qaranlıq enerjinin olduğu düşünülür. Kinessessiya ilə yanaşı kosmoloji sabit kimi də bilinən tünd enerji, yerçekimi əleyhinə bir qüvvəyə çevrilərək genişlənmə prosesini sürətləndirir. Albert Einşteynə görə boşluq nadir hallarda vakuumdur və kainatı daha da sürətlə genişləndirməyə məcbur etmək üçün öz daimi enerjisinə malikdir.

(Kainatdakı qaranlıq maddənin 2009-cu il simulyasiyası)

Einşteynin müşahidəsinə qarşı çıxan yeni nəzəriyyələr, qaranlıq enerjini maddəyə və normal enerjiyə qarşı işləyən boşluğu dolduran dinamik bir enerji mayesinin yeni bir forması kimi izah edir. Bəzi tədqiqatçılar kvant dalğalanmalarını məkan genişlənməsini sürətləndirən itələyici qüvvənin əsl mənbəyi kimi görürlər. Bununla birlikdə hamı qəbul edir ki, tünd enerji, bütün məkanda vahid olmaqla genişlənən kosmosun sürətlənmə sürətinin arxasındadır, baxmayaraq ki, sıxlığı adi maddənin sıxlığı ilə müqayisədə azdır (6.91 × 10−27 kq / m3). qalaktikaların qaranlıq maddəsi. Bütün bu müşahidələrə baxmayaraq, skeptiklər bunun Yerin qalan kosmosla nisbi hərəkətinin yaratdığı bir xəyaldan başqa bir şey olmadığını vurğulayırlar. Nə olursa olsun, qaranlıq enerji dövrümüzün ən böyük elmi sirridir.

Qaranlıq maddə, görünən qalaktikalar və qalaktikalar qruplarına cazibə qüvvəsi təsir göstərən maddənin parlaq olmayan hissəcikləridir. Qaranlıqdır, görünmür və kosmik maddənin çox hissəsini əhatə edir. Alimlər bu gün əllərində olanları ilə aşkar etmək mümkün olmadığı üçün birbaşa müşahidə edə bilmədilər. Ancaq varlığı cazibə təsiri ilə birmənalı şəkildə təsdiqlənir. Kainatı çökməkdən uzaqlaşdıran qaranlıq maddənin bu cazibəsidir. Kainat yalnız aşkar ediləcək maddəyə sahib olsaydı, gördüyümüz qalaktikalar heç ortaya çıxmazdı. Yalnız onları bir-birlərinə yaxın tutacaq qədər cazibə qüvvəsi maddəsi olmadan ayrı uçacaqlar. Kainatın başlanğıcında hökm sürən Qaranlıq maddə indiki kainatı yaratmaq üçün Kosmik Mikrodalğa fonunda aşağı dalğalanmaları gücləndirdi.

Astrofizikaya görə, qaranlıq maddə, ulduzlara və qalaktikalara cazibə təsiri göstərən bariyonik olmayan bir maddədir. Heç bir yüklənmədən, dönmədən və kvant xromu dinamiklərindən meydana gələn əhəmiyyətsiz kütlə olmadan fərziyyəvi bir hissəcikdir. Ayrıca, kainatın yaranmasından dərhal sonra aksiyalar və ya zəif qarşılıqlı təsir göstərən kütləvi hissəciklər kimi ekzotik hissəciklərdən meydana gəlmə ehtimalı var. Qaranlıq maddənin mövcudluğunun Samanyolu'nun xarici bölgələrini müşahidə edərkən təsadüfən aşkarlandığı diqqət çəkir. Elm adamlarının qaranlıq maddəni tanıma səyləri yaxınlarda heç bir nəticə vermədən davam etdiyini, belə bir ehtimalın olmadığı bir sual doğurur: Kainat birdən bitərsə?


Maddə və Antimatter

Qondarma ulduz gəmilərinə baxmayaraq, kainatda çox antimaddə yoxdur. Və bizim üçün bu yaxşı bir şeydir. Maddə və antimaddə bir araya gəldikdə, bir-birlərini alovlu bir enerji içində ləğv edirlər.

Antimatter normal maddə ilə demək olar ki, hər cəhətdən eynidir. Fərq yalnız maddənin iki forması ilə əks olan elektrik yüküdür. Beləliklə, orada antimaddən düzəldilmiş bütün bir qalaktika ola bilər və teleskoplarımız bunu normal maddə qalaktikasından fərqli görməzlər.

Əksər nəzəriyyələrdə Böyük Partlayışın bərabər miqdarda maddə və antimaddə yaratması lazım olduğu deyilir. Ancaq saniyənin ilk kiçik hissəsində bir şey bu tarazlığı dəyişdirdi. Hər milyard cüt maddə və antimaddə hissəcikləri üçün əlavə bir maddə hissəciyi var idi.

Dengasızlığı düşünən ilk alimlərdən biri Andrey Saxarov idi. Rus fizik Sovet hidrogen bombasının inkişafına kömək etmişdi, ancaq silah işindən döndü. 50 il əvvəl nəşr olunan bir məqalədə balanssızlığı yarada biləcək şərtləri izah etdi.

Saxarov, protonların çürüməli olduğunu, ancaq elə yavaş-yavaş aşkarlanmasının mümkünsüz olduğunu söylədi. İkincisi, Big Bangdən sonrakı anlarda kainatın müəyyən bir şəkildə soyuduğunu söylədi. Və nəhayət, maddə ilə antimaddə arasında bir qədər fərq olacağını söylədi.

İndiyə qədər bu şərtlərdən heç birinin maddə ilə antimaddə arasındakı balanssızlığı hesaba gətirə bilmədiyi üçün mövzu məşğul bir araşdırma mövzusu olaraq qalır.

Ssenari müəllifi Damond Benningfield


Bütün Kainat & rsquos Antimatter üçün Nə Oldu?

Bir maddə qarşılıqlı kainatda yaşaya bilərdik, amma belə deyilik. Antimatter maddədir və rsquos tərs ikiz & mdashevery maddə hissəciyi əks yüklə uyğun bir antimaddə versiyasına malikdir. Fiziklər, kosmosun maddə qədər antimaddə ilə başladığını düşünürlər, lakin əvvəlkilərin əksəriyyəti məhv oldu. İndi bunun səbəbini bilməyə bir addım daha yaxın ola bilərlər.

Cenevrə yaxınlığında CERN-də olan Böyük Hadron Çarpışıcısı Gözəlliyi (LHCb) təcrübəsinin tədqiqatçıları, bir-birindən fərqli olan bir maddə hissəcikləri sinifinin & ldquocharm & rdquo kvarkları & mdashone-un altı növdən və ya tatlardan maddə və maddə versiyalarını kəşf etdilər. Mart ayında İtaliyanın La Thuile şəhərində & ldquoRencontres de Moriond & rdquo hissəciklər fizikası konfransında təqdim olunan yeni bir araşdırmada fiziklər, D 0 mezon adlanan qeyri-sabit hissəciklərin (cazibə kvarkları olan) bir qədər fərqli nisbətdə daha sabit hissəciklərə çürüdüklərini aşkar etdilər. antimaddə həmkarlarından daha çox. Bu cür fərqlər, böyük partlayışdan sonra maddə ilə antimaddə arasında bir asimmetriyanın necə meydana gəldiyini və daha çox maddədən ibarət olan bir kainatın meydana gəlməsini izah etməyə kömək edə bilər.

Maddə və antimaddə təmasda olduqda bir-birini məhv edir və tədqiqatçılar bu cür toqquşmaların əvvəlcə kosmosda mövcud olan antimadranın (və maddənin böyük bir hissəsini) məhv etdiyini düşünürlər. Ancaq nisbətən az miqdarda maddənin ulduz və planetlərə və qalan kosmosa çevrilmək üçün nə üçün sağ qaldığını anlamırlar. Nəticə etibarilə, fiziklər antimaddə versiyonundan o qədər fərqli davranan bir növ maddə axtarırdılar ki, bu artıqlığı ilk kainatda yaratmaq üçün vaxtı olardı.

Cazibə kvarkları ilə antikvarların arasındakı çürümə nisbətlərində yeni aşkarlanan uyğunsuzluq, kainatın və maddənin çoxluğunu hesablamaq üçün çox kiçikdir. Lakin nəticə & ldquodoes, cavabı tapmağa yaxınlaşdırır, çünki mümkün cavablardan birinin doğru olmayacağını göstərir, & rdquo, yeni işə qarışmayan Cornell Universitetindən nəzəri fizik Yuval Grossman deyir. & ldquoMən də həyəcanlıyam, çünki bunu [cazibədar kvarklardakı fenomeni] ilk dəfə gördük. & rdquo

Fiziklər əvvəllər başqa iki quark tatlarında da oxşar dəyişikliklər tapmışdılar, lakin bunlar maddə üzərində hökm sürən kainatımızı izah etmək üçün çox kiçik idi. Alimlər, neytrino adlanan xəyal hissəcikləri və ya Higgs bozon & mdashthe hissəciklərini əhatə edən reaksiyalar kimi başqalarına kütlə & mdashsays söyləyən LHCb komandasının üzvü Syracuse Universitetindən Sheldon Stone kimi daha böyük maddə-antimaddə fərqlərini tapmaq ümidi tutur: & ldquoBir çox fərqli axtarış var . & rdquo

Müəllif (lər) haqqında

Clara Moskowitz edir Elmi Amerikakosmik və fizikanı əhatə edən baş redaktor. Wesleyan Universitetində astronomiya və fizika ixtisası üzrə bakalavr dərəcəsi və Kaliforniya Universiteti, Santa Cruz-da elmi jurnalistika üzrə magistr dərəcəsi alıb.


Maddə və Antimatter görüşəndə ​​nə olur

İnsanların çoxunun maddənin nə olduğuna dair bir fikri olsa da, antimadənin nə olduğuna dair heç bir fikri olmaya bilər. Antimatter elmi fantastika kimi səslənə bilər, bəlkə də bu söz elmi fantastikada tez-tez işlədildiyi üçün, amma əslində realdır. Maraqlıdır ki, maddə və antimaddə bir fərqdən başqa bir-birinə çox oxşayır, ancaq görüşəndə ​​nə olur?

Ətrafımızda olan hər şey maddədən ibarətdir. Maddə əsasən yer tutan və kütləsi olan hər şeydir. Maddə molekullardan ibarətdir, bunlar atomlardan ibarətdir ki, bu da proton, neytron və elektron kimi hissəciklərə malikdir. Bunlar maddənin əsas vahidləri olan əsas hissəciklərdən yalnız bir neçəsidir. Ümumilikdə on iki fərqli əsas hissəcik var.

Antimadter hər cəhətdən maddəyə bənzəyir. Məkanı işğal edir, kütləsi var və əsas hissəciklərdən ibarətdir. Bununla birlikdə, antimaddə qarşı bir yükə sahibdir. Maddə ilə antimaddə arasındakı tək fərq budur. Hər bir əsas hissəcik üçün bir antimaddə ekvivalent hissəcik var. Məsələn, maddənin protonları olduğu halda, antimaddənin antiprotonları vardır. Əks yükün nəticəsi olaraq antimaddə də əks maqnit xüsusiyyətlərinə malikdir.

Kainatdakı antimaddə miqdarı baxımından həqiqətən yüksək enerji hadisələrinin yan məhsulu olaraq mövcuddur. Bu az miqdarda antim maddə də sürətlə məhv olur. Alimlər niyə antimaddən daha çox maddənin mövcud olduğuna əmin deyillər. Ola bilsin ki, nəzərəçarpacaq miqdarda antimaddə hələ tapılmayıb.

Görüşəndə ​​nə olur?

Maddə və antimatter məhv adlanan bir müddətdə birləşir. Hər iki hissəcik görüşdükdən sonra yox olacaq. Hər iki hissəciyin kütləsi bu reaksiyada dərhal enerjiyə çevrilir. Nəticədə enerji ümumiyyətlə işığın bir hissəciyi olan fotondur. Məhv olma prosesi də geri dönə bilər. Kifayət qədər böyük bir enerji olduğu təqdirdə həm maddə, həm də antimaddə yaradıla bilər. Bu, Big Bang nəzəriyyəsinin bir hissəsidir. Kainatı meydana gətirən maddəni kifayət qədər böyük bir enerji meydana gətirdi. Böyük Partlayış zamanı meydana gələn bütün antimaddə maddənin iştirakı ilə məhv edildi. Ancaq bu, kainatın niyə bu qədər böyük maddəyə sahib olduğunu və bu barədə bildiyimiz hər şeyin antimaddədən deyil, maddədən yaradıldığını izah etmir. Nəzəri olaraq, tanış olan hər şeyin əvəzinə antimaddən meydana gələ bilməsi mümkün idi və elm adamları maddənin antimaddə əvəzinə qalaktikanı niyə təşkil etdiyindən əmin deyillər.


Qarşı maddə ilə qaranlıq maddə arasındakı əlaqə araşdırılır

Gianpaolo Carosi, Nadir hadisə aşkarlama qrupundadır, Fiziki və Həyat Elmləri Müdirliyi, Lawrence Livermore Milli Laboratoriyası, Livermore, Kaliforniya 94550, ABŞ.

Bu müəllifi PubMed Google Scholar-da da tapa bilərsiniz

Müasir kosmologiyada ən maraqlı sirlərdən ikisi, adi maddənin antimaddə üzərində aşkar üstünlüyü və Kainat 1-dəki kütlənin təxminən 85% -ni təşkil edən qaranlıq maddənin təbiətidir. Qaranlıq maddə varlığını yalnız astrofiziki cisimlər üzərindəki cazibə təsiri ilə bilinirdi. Bu səbəbdən hansı hissəcik növündən olursa olsun, digər maddə ilə zəif qarşılıqlı əlaqəyə malik olmalıdır. Lider namizədlərdən biri aksiondur - neytronun ölçülə bilən elektrik dipol momenti 2-nin niyə çatmadığını izah etmək üçün əvvəlcə qoyulmuş yüngül neytral hissəcikdir. İndiyə qədər tədqiqatçılar aksion qaranlıq maddə ilə yalnız fotonlar, elektronlar və nüvələr 3, 4 kimi adi hissəciklər arasındakı birləşmələrə dair dəlillər axtardılar. Yazı Təbiət, Smorra və s. 5 aksion qaranlıq maddə ilə antimaddə (xüsusən antiprotonlar) arasındakı bir birləşmənin axtarışı barədə məlumat verin.

Məqaləni oxuyun: Antiprotonların aksiona bənzər qaranlıq maddə ilə qarşılıqlı təsirinin birbaşa məhdudiyyətləri

Məlum olan hər bir hissəcik ya bozon, ya da fermion kimi təsnif edilə bilər. Bosonların tam spin (daxili açısal impuls) var və (spin-1) fotonu və (spin-0) Higgs bozonunu əhatə edir. Əksinə, fermionlar yarım tam spinə malikdir və (spin-1/2) elektronu əhatə edir. Aksionun tək paritetə ​​sahib bir spin-0 bozonu olması gözlənilir, yəni məkan koordinatları çevrildiyi təqdirdə dalğa funksiyası işarəsini dəyişir.

Fermionik qaranlıq maddənin fərqli olaraq (zəif qarşılıqlı təsir göstərən kütləvi hissəciklər, WIMPs adlanan qaranlıq maddə namizədləri kimi), müəyyən bir həcmdə mövcud ola biləcək aksiyaların sayına məhdudiyyət yoxdur. Nəticədə, aksion qaranlıq maddə olduqca geniş potensial kütlələrə malikdir. Astrofiziki ölçmələr, təxminən 10–2 elektronvolt (eV) kütləsinə yuxarı sərhəd 6 qoyur. Bu dəyər, elektron kütləsi 511 kiloelektronvolt və proton kütləsi 938 megaelektronvolt olan enerji vahidi ilə ifadə edilir (bax go.nature.com/2bwkrqz). Və təxminən 10-22 eV-lik bir alt sərhəd 7, bu hissəciklərin kvant mexanikasında dalğa kimi təsvir edildiyi zaman, dalğa uzunluqlarının cırtdan qalaktikanın ölçüsündən böyük ola bilməyəcəyindən irəli gəlir - əks halda bu cür qalaktikalar özlərindən kənarlaşmalar göstərəcəkdir. müşahidə olunan quruluş.

Aksion qaranlıq maddə ilə əlaqəli hissəciklər, aksion kütləsi ilə birbaşa nisbətdə bir salınım tezliyinə sahib olan klassik dalğalar kimi qəbul edilə bilər. Bu cür dalğaları axtarmaq üçün istifadə edilə bilən bir neçə texnika var və ən uyğun olanı əsasən nəzərdən keçirilən tezlik aralığından asılıdır. Kütlələri 10-17 eV-dən aşağı olan aksiyalar üçün (onlarla millihertz tezliklərinə uyğun olaraq) dalğalar son dərəcə yavaş-yavaş tərpənir. Antiprotonlar Penning tələsi olaraq bilinən bir cihazın güclü maqnit sahəsində tutulursa, bu dalğalar antiprotonların spinlərinin keçmə tezliyində dəyişikliklər meydana gətirəcəkdir.

Qaranlıq maddə detektoru ekzotik nüvə çürüməsini müşahidə edir

İsveçrənin Cenevrə yaxınlığındakı Avropa hissəciklər-fizika laboratoriyasında CERN-də Baryon Antibaryon Symmetry Experiment 8 (BASE) bu üsuldan istifadə edir. BASE əməkdaşlığı antiprotonları yüksək vakuumlu bir mühitdə tutmaq üçün maqnit və elektrik sahələrinin ixtisaslaşdırılmış konfiqurasiyalarından istifadə edən ultrasəs həssas Penning tələlərinə əsaslanır. Bu quraşdırma, antiprotonların uzun müddət davamlı olaraq ölçülməsini və adi maddəyə girmədən və məhv edilmədən fərqli ölçü kameraları arasında irəli-geri sürülməsinə imkan verir. Əməkdaşlığın əsas məqsədlərindən biri antiprotonun daxili maqnit momentini təyin etməkdir. Bu kəmiyyət, standart hissəcik fizikası modeli - Kainatın hissəcikləri və qüvvələrinin mövcud izahından istifadə edərək son dərəcə yüksək dəqiqliklə hesablana bilər.

2017-ci ildə Smorra və s. antiprotonun maqnit anının (milyardın bir hissəsinə qədər) 9 ultrabənzərsiz bir ölçmə etdi, bir çox fizika nəzəriyyəsini standart modeldən kənarlaşdırdı. Onların metodunun açarı, spin prekessiyasının və bir tələdə antiprotonun dövriyyə hərəkətini təsvir edən siklotron tezliyi adlanan kəmiyyətin eyni vaxtda ölçülməsi idi. Bu tapşırıq çox çətin idi, çünki antiprotonun spin vəziyyətini məhv etmədən təyin etmək üçün maqnit şüşə kimi tanınan bir cihazın dəqiq bir şəkildə idarə edilməsi tələb olunurdu. Qrupun ölçülməsi, hər biri təxminən bir saat davam edən və bir neçə ay ərzində həyata keçirilən yüzlərlə təcrübə tələb etdi.

Hazırkı məqalədə, BASE əməkdaşlıq üzvlərini əhatə edən Smorra və həmkarları, bu təcrübələrin məlumatlarını təhlil etdilər. 10 - 8 ilə 10 - 2 hert arasındakı tezliklərdə salınan aksion qaranlıq maddəyə uyğun dalğaların, antiprotonlara əks aksiyonu kifayət qədər güclü olsaydı, spin - presessiya tezliyini kiçik, lakin ölçülə bilən bir şəkildə dəyişdirəcəyini irəli sürdülər. Aksion siqnalı aşkarlanmasa da, Smorra və s. aksion-antiproton qarşılıqlı təsirlərini aksion kütləsi aralığında 0,1-0,6 gigaelektronvoltdan çox olan dəyərlərə 2 × 10 −23 eV - 4 × 10 −17 eV arasında ölçən parametrləri məhdudlaşdırdı (şəkil 1). Bu sərhədlər, supernova 1987A-da antiprotonlar tərəfindən aksiyaların necə istehsal oluna biləcəyini düşünən astrofizik məhdudiyyətlərdən (müəlliflərin təxmin etdiyi kimi) 10 5 qat daha güclüdür.

Şəkil 1 | Aksion-antiproton qarşılıqlı təsirlərinin məhdudlaşdırılması. Aksion adlanan hissəciklər Kainatı bürüyən qaranlıq qaranlıq maddəni hesaba gətirə bilər. Smorra və s. Aksion qaranlıq maddə ilə antiprotonlar arasındakı birləşmədə 5 eksperimental məhdudiyyətlər mövcuddur. Bu sərhədlər aksion-antiproton qarşılıqlı təsir parametri ilə ifadə olunur və hissəcik dalğa kimi təqdim olunarsa aksion kütləsi və ya aksionun tezliyi ilə dəyişir (eV, elektronvolts GeV, gigaelektronvolts Hz, hert). Kombinə edilmiş limit, eksperimental məlumatların təyin edə biləcəyi ən güclü məhdudiyyəti təmsil edir. Müəlliflər tərəfindən qiymətləndirildiyi kimi bir astrofizika hüdudu müqayisə üçün daxil edilmişdir. Rəngli və yumurtadan çıxan sahələr xaric edilmiş parametr boşluğunu göstərir.

Gələcək işdə aksion-antiproton birləşməsini daha da məhdudlaşdırmaq və aksion qaranlıq maddə ilə pozitronlar (elektronların hissəcikləri) kimi digər antimaddə formaları arasında qarşılıqlı əlaqələrə dair sübutlar axtarılması hədəflənməlidir. Bu araşdırmalardan əldə edilən əsas tapıntılardan biri qaranlıq maddənin birləşməsindən adi maddəyə qədər fərqli bir şəkildə antimaddəyə keçməsinin müşahidəsi ola bilər - nəticədə Kainatda maddənin antimaddan üstünlüyünün nə olduğunu izah etməyə kömək edən bir nəticə.

Smorra və həmkarları, yüksək hissəcikli fizikada artan bir tendensiyanı vurğuladılar ki, bununla da zəruri dəqiq ölçmələr əsas hissəcik parametrlərini aşağı salmaq və standart modelin xaricində fizika sübutlarını axtarmaq üçün istifadə olunur. Geniş bir potensial kütlə aralığına və fövqəladə dərəcədə zəif proqnozlaşdırılan birləşmələrə sahib olan Axion qaranlıq maddə, yenilikçi aşkarlama texnikaları baxımından intibah dövrünü keçmişdir. Aksion qaranlıq maddənin antimaddə ilə (adi maddənin əksinə) üstünlük verilən birləşməsinin axtarışı həyəcan verici bir perspektivdir və texnologiya inkişaf etdikcə kosmologiyada bir çox sirlərin açılmasının açarı ola bilər.


Yerli Qaranlıq Maddənin Yeni xəritəsi, Gökadalar arasındakı 'Körpüləri' ortaya qoyur

ABŞ və Koreyadan olan astrofiziklər qrupu, sinir şəbəkəsinə əsaslanan dərin öyrənmə metodundan və yerli Kainatdakı qalaktikaların mövqeləri və sürətlərinə dair məlumatları istifadə edərək yeni bir qaranlıq maddə paylama xəritəsi hazırladı.

Yerli qaranlıq maddənin 3D sıxlıq xəritəsi: mərkəzdəki X işarəsi Süd Yolu Galaxy nöqtələrini, qalaktikaları, oxlar isə yenidən qurulmuş cazibə potensialının qradiyentindən irəli gələn hərəkət istiqamətlərini göstərir. Şəkil krediti: Hong və s., doi: 10.3847 / 1538-4357 / abf040.

"Kainatdakı maddənin% 80-i kosmik şəbəkə adlanan genişmiqyaslı quruluşun iskeletini təşkil edən qaranlıq maddə şəklindədir" dedi Astronomiya və Astrofizika və Astronomiya Bölməsinin astrofiziki Dr. Donghui Jeong. Pennsylvania Dövlət Universitetinin Qravitasiya və Kosmos İnstitutu.

"Kosmik şəbəkə cazibə qüvvəsi ilə qalaktikalar və qalaktikalararası mühitdəki bütün maddələrin hərəkətini diktə etdiyi üçün qaranlıq maddənin paylanmasını bilmək genişmiqyaslı quruluşu öyrənmək üçün vacibdir."

"Bununla birlikdə, kosmik vebin təfərrüatlı quruluşu bilinmir, çünki qaranlıq maddə və isti-isti qalaktikalar ortamı üstünlük təşkil edir, hər ikisini də izləmək çətindir."

Araşdırmada Dr. Jeong və həmkarları, qaranlıq maddənin paylanmasını proqnozlaşdırmaq üçün qalaktikaların paylanması və hərəkəti haqqında məlumat istifadə edən bir model qurmaq üçün maşın öyrənməsindən istifadə edərək tamamilə fərqli bir yanaşma etdilər.

Modellərini, qalaktikaları, qazları, digər görünən maddələri və qaranlıq maddələri özündə birləşdirən Illustris-TNG adlı böyük bir qalaktika simulyasiya dəsti istifadə edərək qurdular və öyrətdilər.

Xüsusən Samanyolu ilə müqayisə edilə bilən süni qalaktikaları seçdilər və nəticədə qaranlıq maddə paylanmasını proqnozlaşdırmaq üçün qalaktikaların hansı xüsusiyyətlərinə ehtiyac olduğunu müəyyən etdilər.

"Müəyyən məlumatlar verildikdə, model əvvəllər baxdıqlarına əsasən boşluqları doldura bilər" dedi Dr. Jeong.

"Modellərimizdəki xəritə simulyasiya məlumatlarına tam uyğun gəlmir, lakin yenə də çox ətraflı strukturları yenidən qura bilərik."

"Qalaktikaların hərəkəti və paylanmasına əlavə olaraq onların radiusa xas sürətləri də daxil olmaqla xəritənin keyfiyyətini kəskin şəkildə artırdığını və bu detalları görməyimizə imkan yaratdı."

Tədqiqatçılar daha sonra modellərini Cosmicflow-3 qalaktika kataloqundan yerli Kainatdakı real məlumatlara tətbiq etdilər.

Xəritə, Yerli Cədvəl (Samanyolu, Yerli Qrupdakı yaxınlıqdakı Qalaktikalar və Qız Qrupundakı Gökadaları ehtiva edən bir məkan bölgəsi) və Yerli Boşluq (nisbətən boş bir bölgə) daxil olmaqla, Kainatdakı tanınmış görkəmli strukturları ardıcıl olaraq çoxaltdı. Yerli Qrupun yanında yer).

Əlavə olaraq, daha çox araşdırma tələb edən bir neçə yeni quruluş, o cümlədən qalaktikaları birləşdirən kiçik filament strukturlar müəyyənləşdirdi.

Jeong, "Yerli bir kosmik veb xəritəsinə sahib olmaq, yeni bir kosmoloji tədqiqat fəsli açır" dedi.

"Qaranlıq maddənin paylanmasının qaranlıq maddənin təbiətini anlamağımıza kömək edəcək digər emissiya məlumatları ilə necə əlaqəli olduğunu öyrənə bilərik."

"Və bu filament strukturları, qalaktikalar arasındakı gizli körpüləri birbaşa öyrənə bilərik."

Sungwook E. Hong və s. 2021. Dərin Öyrənmə ilə Qalaktikalardan Yerli Kosmik Vebin aşkarlanması. ApJ, doi basın: 10.3847 / 1538-4357 / abf040


Cazibədar kəşf

Fiziklər çoxdan hiss etdilər ki, hissəciklər arasındakı müəyyən qarşılıqlı təsirlər maddə hissəciklərinin və antimaddə həmkarlarının davranışlarında fərqliliklər yaradır. Maddə-antimaddi balansını yaradan bu fenomen CP pozuntusu kimi tanınır.

1960-cı illərdən bəri, fiziklər, hər biri iki kvark hissəcikdən ibarət olan kaons adlanan hissəciklərdə və B mezonlarında CP pozuntusunu aşkar etdilər - 1980 və 2008-ci illərdə Fizika üzrə Nobel mükafatları qazanan işlərə kömək edən müşahidələr.

Ancaq indiyə qədər CP pozulması, D meson kimi quarkın 'cazibədarlığı' ləzzətini ehtiva edən bir hissəcikdə görülməmişdi. İngiltərənin Liverpool Universitetinin bir hissəcik fizikası və LHCb komandasının üzvü Tara Shears deyir: "Maddənin və antimaddə cazibəsi mesonlarının fərqli davranışını müşahidə etmək dərsliklər üçün bir ölçü təmin edir".

Fiziklər bilirlər ki, maddənin üstünlüyünü təkcə kvarklar və antikvarların davranışı ilə izah etmək olmaz və yeni CP pozuntularını tapmaq hissəciklər fizikasının ən böyük problemlərindən biri olaraq qalır.

Shears deyir ki, D mezonlarındakı təsir o qədər azdır ki, texniki cəhətdən ölçülməsi olduqca çətindir. Məlumat dəstinin cüzi balanssızlığa qarşı həssas olması üçün 2011-dən 2018-ə qədər kifayət qədər hissəcik çürüməsi yığmaq lazım gəldi.

"Bu, həqiqətən, LHCb təcrübəsinin fantastik dəqiqliyinə və həssaslığına, məlumatları analiz edən fiziklərin ixtiraçılığına və LHC-nin nəhəng nümunələr təqdim etmək qabiliyyətinə sübutdur," deyə Shears deyir.


Maddə, qaranlıq maddə və antimaddə arasında hansı fərqlər var? - Astronomiya

Burada diqqətimi bu suala yönəldən qaranlıq maddə və qaranlıq enerji haqqında çox ağıllı cavabları oxudum. Einşteyn nəzəriyyəsi maddə və enerjini eyni şeyin fərqli vəziyyətləri ilə əlaqələndirdiyindən, qaranlıq maddə və qaranlıq enerji haqqında eyni şəkildə düşünmək düzgündürmü? Onlar eyni qaranlıq "şey" in iki vəziyyətidir? Onlar dəyişdirilə bilərmi?

Sualınıza qısa cavab budur ki, qaranlıq maddə ilə qaranlıq enerjinin eyni qaranlıq "şey" in təzahürü olub olmadığını bilmirik. Bəzi hadisələri izah etmək üçün hər ikisinin mövcud olmalı olduğunu bilirik, lakin bunların birləşmələri haqqında hələ çox az şey bilirik, buna görə də əlaqəli olduqlarını düşünə bilmərik. Hələlik onları ayrı hesab edirik və kosmosun təxminən% 0,03 ağır elementlərdən (hidrogen və heliumdan başqa bir şey),% 0,3 neytrinodan, 0,5% ulduzdan, 4% sərbəst hidrogen və helyumdan, 25% -dən ibarət olduğuna inanırıq. qaranlıq maddə və% 70 qaranlıq enerji. Onları ayrı-ayrılıqda necə təyin edirik:

Qaranlıq maddə, qalaktikaları bir araya gətirən cazibə qüvvəsini hesablamaq üçün mövcud olmalıdır. Kainatdakı yeganə maddə birbaşa aşkar edə biləcəyimiz maddə olsaydı, qalaktikaların meydana gəlməsi üçün kifayət qədər maddə olmayacaqdı. Bu gün müşahidə etdiyimiz qalaktikalar bir-birindən uçacaqdı, çünki özlərini bir yerdə tutacaq qədər güclü bir cazibə qüvvəsi yaratmaq üçün kifayət qədər maddəyə sahib olmazdılar. Qaranlıq maddə, bu gün kainatda müşahidə etdiyimiz böyük miqyaslı bir quruluş yaratmaq üçün ilk kosmosdakı Kozmik Mikrodalğalı Arxa fondakı kiçik dalğalanmaların gücləndirilməsindən də cavabdehdir.

Kosmoloji sabit və ya kvintessensiya adları ilə də qaranlıq enerji, kainatımız üçün müşahidə etdiyimiz genişlənmə sürəti sayəsində mövcud olmalıdır. Kainat nəinki genişlənir, eyni zamanda bu genişlənmə də sürətlənir, beləliklə işdəki bilinməyən 'cazibə qüvvəsi' qüvvəsi 'qaranlıq enerji' olaraq adlandırılır.

Bəzi tədqiqatçılar həm qaranlıq maddəni, həm də qaranlıq enerjini əhatə edən bir açıqlama axtarırlar. Belə bir nəzəriyyənin bir nümunəsində skaler sahəsi deyilən bir enerji forması istifadə olunur (böyüklük, enerji və təzyiqə sahib olduğu üçün bir sahədir, ancaq skalardır, buna görə heç bir istiqaməti yoxdur). Qaranlıq maddəni və qaranlıq enerjini izah etmək üçün ayrı nəzəriyyələrə ehtiyacımız olmasaydı, işlər əlbəttə asan olardı. Bununla birlikdə, digər tədqiqatçılar qaranlıq maddəyə və qaranlıq enerjiyə iki ayrı problem kimi baxırlar. Məsələn, bir çox sim nəzəriyyəsi qaranlıq maddəni izah etmək üçün süper simmetrik hissəciklərdən istifadə edir və qaranlıq enerjiyə ümumiyyətlə heç bir əlaqə yaratmır.

Bu səhifə sonuncu dəfə 27 iyun 2015-ci ildə yeniləndi.

Müəllif haqqında

Sabrina Stierwalt

Sabrina, Caltech-də tədqiqatçı olmaq üçün Los Ancelesə köçənə qədər 2009-cu ilə qədər Cornell-də aspirant idi. İndi Virginia Universitetində və Charlottesville'deki Milli Radio Astronomiya Rəsədxanasında qalaktika birləşmələrini araşdırır. Gündəlik Eynşteyn kimi həftəlik podkastında elmlə əlaqəli suallara cavab verə bilər.


Maddə, qaranlıq maddə və antimaddə arasında hansı fərqlər var? - Astronomiya

I've been reading many clever answers here about dark matter and dark energy that called my attention to this question. Since Einstein's theory relates matter and energy as different states of the same thing, is it valid to think about dark matter and dark energy in the same way? Are they two states of the same dark "thing"? Are they interchangeable?

The short answer to your question is that we don't know if dark matter and dark energy are manifestations of the same dark "thing". We know they both must exist to explain certain phenomena, but we still know very little about their make up so we cannot assume they are linked. For now, we think of them as separate, and we believe the cosmos to be composed of roughly 0.03% heavy elements (anything other than hydrogen and helium), 0.3% neutrinos, 0.5% stars, 4% free hydrogen and helium, 25% dark matter, and 70% dark energy. Here is how we define them separately:

Dark matter must exist to account for the gravity that holds galaxies together. If the only matter in the universe was matter we could directly detect, galaxies would not have had enough matter to have ever formed. The galaxies we observe today would fly apart because they wouldn't have enough matter to create a strong enough gravitational force to hold themselves together. Dark matter is also responsible for amplifying small fluctuations in the Cosmic Microwave Background back in the early universe to create the large scale structure we observe in the universe today.

Dark energy, which also goes by the names of the cosmological constant or quintessence, must exist due to the rate of expansion we observe for our universe. Not only is the universe expanding, but this expansion is also accelerating so the unknown 'anti-gravity' force at work is termed 'dark energy'.

Some researchers are searching for an explanation that encompasses both dark matter and dark energy. One example of such a theory uses a form of energy called a scalar field (it is a field because it has magnitude, energy and pressure, but it is scalar so it has no direction). Things would certainly be easier if we didn't need to have separate theories to explain dark matter and dark energy. However, other researchers look at dark matter and dark energy as two separate problems. For example, many string theories use supersymmetric particles to explain dark matter and make no connection to dark energy at all.

Bu səhifə sonuncu dəfə 27 iyun 2015-ci ildə yeniləndi.

Müəllif haqqında

Sabrina Stierwalt

Sabrina, Caltech-də tədqiqatçı olmaq üçün Los Ancelesə köçənə qədər 2009-cu ilə qədər Cornell-də aspirant idi. İndi Virginia Universitetində və Charlottesville'deki Milli Radio Astronomiya Rəsədxanasında qalaktika birləşmələrini araşdırır. Gündəlik Eynşteyn kimi həftəlik podkastında elmlə əlaqəli suallara cavab verə bilər.


Videoya baxın: Qaranlıq enerji və Qaranlıq maddə - Texno Məkan (Dekabr 2021).