Привіт із Задзеркалля. Фізики виявили витік нейтронів в паралельний світ

Два італійських фізика- Зураб Бережіані і Фабріціо Нести- заявили, що їм вдалося виявити відчутну витік нейтронів в магнітній пастці невідомо куди. Самі автори кажуть, що, швидше за все, частинки витікають у дзеркальний світ. Їх висновків ще належить пройти додаткову експериментальну перевірку, однак, сама новина- чудовий привід згадати колись популярну фізичну гіпотезу про існування дзеркальної матерії.

Симетричне світобудову

В основі більшості фізичних теорій лежить поняття симетрії. Вчені, втім, розуміють його дещо ширше, ніж геометричне уявлення, з яким ми стикаємося в звичайному житті (осьова, центральна, поворотні симетрії). Вони ж під симетрією розуміють деякий нетривіальне перетворення, що зберігає в деякому сенсі закони, що описують той чи інший процес. Наприклад, правила, що керують рухом літака, не залежать від того, летить він з півдня на північ або із заходу на схід. Якщо говорити більш загально, то це ілюстрація поняття ізотропності нашого тривимірного простору- відсутність в ньому особливих напрямків, уздовж яких закони природи мали б інше формулювання, ніж в інших напрямках (насправді, звичайно, є фінслерових геометрія, в якій цей принцип не виконується, однак не будемо забігати в такі наукові дали).

Це поняття, поняття симетрії, грає фундаментальну роль не тільки тому, що гарантує красу одержуваних рівнянь. Виявляється, фундаментальні закони збереження енергії, імпульсу та інших фізичних величин є прямим наслідком наявності симетрій (безперервних груп симетрій, якщо бути точним). Цей основоположний для усієї фізичної науки факт був встановлений на початку XX століття Еммі Нетер.

У фізиці елементарних частинок, про яку й піде мова, існують три основних типи симетрій.

Метелик- приклад дзеркальної симетрії. Фото з ??сайту samogo.net

Перший тип- це так звана C- симетрія, від англійського charge, що значить заряд. Наявність цієї симетрії означає, що закони фізики не змінюються, якщо всюди в системі поміняти заряди частинок на протилежні, змінивши також напрями магнітних і електричних полів. Наприклад, твердження ” однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються” можна розглядати як найпростіший приклад фізичного закону, який задовольняє вимогу C- симетрії. Дійсно, однойменні заряди залишаються однойменними після одночасної зміни знаку, так само як і різнойменні залишаються різнойменними.

Другий тип симетрії- це так звана T- симетрія. Суть її полягає в тому, що при зміні напрямку течії часу на протилежне закон, що описує рух частинки, не змінюється. Прикладом такого правила може служити другий закон Ньютона, що зв’язує силу і прискорення. Щоб зрозуміти, чому це так, уявімо фільм, який програють задом наперед- це і буде зміна напрямку течії часу на протилежне. По екрану задом їдуть машини, задкують люди. Разом з тим, роблять вони це на тій же швидкості, що і при правильному перегляді фільму,- змінилося тільки напрямок. З точки зору фізики це означає, що швидкість змінила знак. Прискорення, тобто швидкість зміни швидкості, залишається тим же- по суті рівно тому, що мінус на мінус дає плюс. Цей факт і тягне інваріантність другого закону Ньютона. Втім, цей тип симетрії нам далі майже не знадобиться.

Нарешті, третій тип фундаментальної симетрії у світі елементарних частинок- це P- симетрія. Щоб зрозуміти, що це за тип симетрії, досить поглянути на власні руки. Їх дві- права і ліва. При цьому, як би ми не старалися, не крутили правою рукою, ми не зможемо зробити так, що вона стане виглядати як ліва. Це пов’язано з тим, що з точки зору математики ліва і права руки по- різному зорієнтовані. Разом з тим, подивившись на ліву руку в дзеркало, ми побачимо, що вона не відрізняється від правої. Так от, P- симетрія це якраз симетріящодо дзеркального відображення простору, як кажуть математики, відображення, що змінює орієнтацію. У макросвіті симетрія такого роду, звичайно, є- наприклад, праворульная машина їздить так само, як і леворульная. У мікросвіті, однак, все набагато складніше.

Відсутність симетрії народжує чудовиськ

Тепер перенесемося в 50- ті роки минулого століття. Майже всі фізики впевнені в непорушності C-і P- симетрії стосовно слабкому взаємодії (одне з чотирьох
фундаментальних взаємодій, пов’язане, наприклад, з деякими типами ядерного розпаду). У 1956 році молоді китайські фізики Цзундао Лі та Чженьнін Янг, аналізуючи накопичилася на той момент експериментальні дані, висловлюють досить крамольну на той момент думка: при слабкій взаємодії порушуються обидва типи симетрії. Свої висновки вони засновують на накопичилися на той момент даних про різного роду несиметричних процесах, до яких відноситься, наприклад, розпад нейтронів. При такому розпаді нейтрино і електрони розлітаються несиметрично (уже в геометричному сенсі). Для перевірки власних припущень вчені пропонують кілька типів експериментів.

Пастка для нейтронів. Зображення з сайту science.compulenta.ru

У цьому ж році група вчених під керівництвом китаянки Ву Цзіньсян з лабораторії Колумбійського університету проводить один із запропонованих експериментів. Ядра кобальту- 60 при наднизьких температурах і в присутності сильного магнітного поля розпадаються на ядра ізотопу нікелю 60Ni, електрони і електронні нейтрино. Ретельні вимірювання показують, що в напрямку спина ядра (напрямок спина тут зручно розуміти як напрямок вздовж осі ” обертання ” ядра, визначене за правилом правого свердлика) електронів вилітає менше, ніж в протилежному напрямку, а це рівно і означає порушення P- симетрії. Це легко зрозуміти, якщо відобразити процес у дзеркалі, паралельному вектору швидкості. При такому відображенні вектор швидкості не зміниться, а спін поміняє напрямок на протилежне (рівно тому, що змінився напрям ” обертання ” ядра).

Саме тоді з’явився термін ” дзеркальна матерія “. Саме так самі Янг і Лі назвали загадкові гіпотетичні частинки, для яких закони слабкої взаємодії повинні бути дзеркально симетричні звичайним. Тоді ідея не прижилася- досить швидко виникла теорія великого радянського фізика Льва Ландау про те, що при слабкій взаємодії зберігається так звана CP- симетрія (це просто одночасна зміна зарядів, напрямків електричного і магнітних полів на протилежні і дзеркальне відображення координат). У його теорії на роль дзеркальних частинок прекрасно підходили античастинки. На той момент в реальності цього фізичного об’єкта ніхто не сумнівався- позитрони (античастинки, відповідні електронам) були відкриті ще в 1932 році. Немає нічого дивного, що фізики віддали перевагу вже існуючий об’єкт якоїсь абстракції.

У 1964 році, однак, CP- симетрія зазнала нищівного удару- американські фізики Джеймс Кронін і Вел Фітч виявили у розпаді нейтральних каонов (це такі частинки) порушення цієї самої симетрії. За цю роботу обидва отримали Нобелівську премію з фізики в 1980 році (а за пояснення цього феномена, що призвело до появи третього сімейства кварків, ту ж нобелевку дали Йоїтіру Намбу, Макото Кобаясі і Тосіхіде Масакава вже в 2008 році).

в цей же час дзеркальна матерія знову опинилася в полі уваги фізиків, тепер уже радянських. У 1966 році в журналі ” Ядерна фізика ” виходить стаття ” Про можливість експериментального виявлення дзеркальних частинок “, написана Ігорем Кобзаревим, Львом Окунем і Ісааком Померанчуком. У цій роботі вчені вперше всерйоз розглянули властивості такої гіпотетичної матерії. У наступних роботах, вони встановили, що вона взаємодіє сама з собою. Це означає, що якщо така матерія існує, то існують і дзеркальні атоми і навіть, можливо, дзеркальні небесні тіла (1983 рік). При цьому виявилося, що така дзеркальна матерія буде взаємодіяти з нашим світом тільки за допомогою гравітації. При цьому в околиці Землі цієї дзеркальної матерії майже немає (1979 рік). Якби вона була, то вона вносила б істотні обурення в рух небесних тіл, яке астрофізикам, зрозуміло, давно б вдалося виявити.

Як це часто буває, про існування дзеркальної матерії увесь інший світ (не СРСР) дізнався зовсім від інших людей- в 1991 році з’явилася відповідна стаття Роберта Фута з Університету Мельбурна. В даний час саме він є найвідомішим адептом дзеркальної теорії.

Темна проти дзеркальної

Інтерес до дзеркальної матерії в останні роки виник завдяки так званої проблеми прихованої маси, відомої також як темна матерія. Детально ” Лента.ру ” про темну матерію вже писала, і не раз. Якщо коротко, то, спостерігаючи за обертаннями зірок навколо центрів різних галактик, вчені виявили, що світила на околицях рухаються занадто швидко. Традиційні моделі пророкують, що швидкість повинна бут

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.