ანტიმატერიის სპექტრის დამზერა პირველად ისტორიაში

ანტიმატერიის სპექტრის დამზერა პირველად ისტორიაში

 მას შემდეგ, რაც XX საუკუნის დასაწყისში ანტიმატერიის არსებობის შესახებ ვარაუდი გაჩნდა, მეცნიერები მუდამ დაინტერესებულნი იყვნენ, როგორი კავშირი აქვს მას ნორმალურ მატერიასთან და რატომ არსებობს აშკარა დისბალანსი სამყაროში ამ ორს შორის. ამ კითხვებზე პასუხის გასაცემად, კვანტური ფიზიკის მკვლევარებმა ბოლო რამდენიმე დეკადის განმავლობაში, ფოკუსირება მოახდინეს ყველაზე ელემენტარული და დიდი რაოდენობით არსებული ატომის – წყალბადის ნაწილაკების ანტინაწილაკებზე.

 დღემდე, მათი შესწავლა დიდ სირთულეს წარმოადგენდა, რადგან მეცნიერებმა კი შეძლეს ანტიწყალბადის შექმნა, თუმცა მისი შესწავლა შეუძლებელი იყო ანტინაწილაკების არსებობის ძალიან მოკლე პერიოდში, რადგან ისინი მომენტალურად ანიჰილირებენ ჩვეულებრივ მატერიასთან შეხებისთანავე. თუმცა, ახალი კვლევის მიხედვით, რომელიც Nature-ში გამოქვეყნდა, მკვლევართა ჯგუფმა ალფა ექსპერიმენტის საშუალებით, პირველი სპექტრული ინფორმაცია მიიღო ანტიწყალბადზე. ეს კვლევა, რომელიც 20 წლის განმავლობაში მიმდინარეობდა, შეიძლება ახალი მიმართულების დასაწყისი აღმოჩნდეს ანტინაწილაკების შესწავლის საქმეში.

 სპექტროსკოპია (რომელიც შეისწავლის, თუ როგორ გამოყოფს ან შთანთქავს ელემენტები სინათლეს) ფიზიკის, ქიმიის და ასტრონომიის მნიშვნელოვანი სფეროა. ის საშუალებას აძლევს მეცნიერებს, დაახასიათონ ატომები და მოლეკულები, განსაზღვრონ შორეული ვარსკვლავების შემადგენლობა მათ მიერ გამოსხივებული სინათლის სპექტრის ანალიზის საფუძველზე.

 წარსულში, წყალბადის სპექტრის შესასწავლად მრავალი კვლევა განხორციელებულა, ის შეადგენს მთელ სამყაროში არსებული ბარიონული(ჩვეულებრივი მატერია, შემდგარი პროტონების, ნეიტრონებისა და ელექტრონებისგან…) მასის დაახლოებით 75%-ს. მისი შესწავლა მატერიისა და ენერგიის შესახებ მეტის გაგებაში დაგვეხმარება. მაგრამ წყალბადის ანტინაწილაკების სპექტრის შესწავლა წარმოუდგენლად რთული აღმოჩნდა. ამისათვის პირველ რიგში საჭიროა ანტიწყალბადის შემადგენელი ნაწილაკების – ანტიპროტონისა და პოზიტრონის (ანტიელექტრონის) მომწყვდევა და გაციება, რათა მათ ერთმანეთზე იმოქმედონ. დამატებით, საჭიროა ამ ანტინაწილაკების საკმარისი დროით შენარჩუნება, რომ მათ ქცევაზე დაკვირვება მოხდეს, სანამ ისინი გარდაუვალ კონტაქტში შევა ჩვეულებრივ მატერიასთან და გაქრება(გამოსხივებად გადაიქცევა)(მატერია-ანტიმატერია განსხვავება მსგავსება).

 საბედნიეროდ, ტექნოლოგია იქამდე განვითარდა ბოლო დეკადების განმავლობაში, რომ ანტიმატერიის კვლევა შესაძლებელი გახდა, რაც საშუალებას აძლევს მეცნიერებს შეამოწმონ, ფიზიკის კანონები, რომლებიც ანტიმატერიის უკან დგას, ეთანხმება სტანდარტულ მოდელს თუ სცდება მას. ცერნის მკვლევართა ჯგუფი დოქტორ აჰმადის ხელმძღვანელობით, ლივერპულის უნივერსიტეტის ფიზიკის დეპარტამენტიდან, აცხადებს, რომ „დიდი აფეთქების შემდეგ, ადრეული სამყაროს პირობებში, სტანდარტული მოდელი წინასწარმეტყველებს, რომ მატერია და ანტიმატერია თანაბარი მოცულობით უნდა არსებულიყო. თუმცა დღევანდელი სამყარო თითქმის სრულად მატერიისგან შედგება, რაც ფიზიკოსებს უბიძგებს იმისკენ, რომ დაწვრილებით შეისწავლონ ანტიმატერია. მათ სურთ ნახონ, არსებობს თუ არა მცირე ანტისიმეტრია ფიზიკის კანონებში, რომელიც ამ ორი ტიპის მატერიაზე ბატონობს”.

 1996 წლიდან მოყოლებული, კვლევა მიმდინარეობდა ათენას ექსპერიმენტის ფარგლებში, რაც ბერძნული ქალღმერთის სახელის გარდა ანტიწყალბადის აპარატის სახელიდანაც მომდინარეობს (AnTiHydrogEN Apparatus (ATHENA) experiment). ის წარმოადგენდა ცერნის ანტიპროტონების შენელების დაწესებულების ნაწილს. ეს ექსპერიმენტი მიზნად ისახავდა ანტიპროტონებისა და პოზიტრონების გაცივებას იმ დონემდე, რომ შესაძლებელი გამხდარიყო მათი შეერთება ანტიწყალბადის მისაღებად. 2005 წლიდან, ეს დავალება გადაეცა მის მემკვიდრეს, ალფა ექსპერიმენტს(ALPHA experiment).

 ანტიმატერიისა და მატერიის ნაწილაკთა კონტაქტისას ხდება ანიჰილაცია, ნაწილაკების ურთიერთგანადგურება, ენერგიად გადაქცევით. ამიტომ, მათ სპეციფიური ფორმის მაგნიტური ველის მქონე ”ხაფანგში”(ALPHA) იჭერენ.

 თანამედროვე ინსტრუმენტების საშუალებით, ალფა ექსპერიმენტმა ნეიტრალური ანტიწყალბადის ატომები დაიჭირა და მათი ხანგრძლივი პერიოდით გაჩერება შეძლო, სანამ ისინი გარდაუვალი ანიჰილაციის მსხვერპლი გახდებოდნენ. ამ დროის განმავლობაში, ალფას მკვლევართა ჯგუფმა სპექტროგრაფიული ანალიზის განხორციელება მოახერხა, ალფას ულტრაიისფერი ლაზერის საშუალებით, რომ ენახათ, ანტიწყალბადი იგივე ფიზიკის კანონებს ექვემდებარება თუ არა, რასაც ჩვეულებრივი წყალბადი. ალფა კოლაბორაციის პრესსპიკერმა, ჯეფრი ჰანგსთმა(Jeffrey Hangst)აღნიშნა – “ანტიმატერიის კვლევის ძირითადი მიზანი ყოველთვის იყო შედარება, გაგება ერთი და იგივე ფიზიკის კანონებს ექვემდებარება თუ არა ისინი… ანტიპროტონისა და პოზიტრონის გადაადგილება ადვილია, რადგან ისინი დამუხტულ ნაწილაკებს წარმოადგენს. თუმცა, მათი გაერთიანებით ვიღებთ ნეიტრალურ ანტიწყალბადს, რომლის დაჭერაც ბევრად უფრო რთულია. ამიტომ ჩვენ სპეციალური მაგნიტური „მახე“ შევქმენით.

იგივე პროცესი წყალბადის ატომისთვის.

 ამ გზით, მკვლევართა ჯგუფმა, ლაზერით აგზნებული პოზიტრონის მაღალი ენერგეტიკული დონიდან, დაბალზე გადასვლის დროს გამოსხივებული სინათლის სიხშირის გაზომვა მოახერხა. მათ აღმოაჩინეს, რომ (ექსპერიმენტის შეზღუდულობის ფარგლებში) ანტიწყალბადისა და წყალბადის სპექტრულ მონაცემებს შორის განსხვავება არ არსებობდა. ეს შედეგი პირველია ექსპერიმენტულ დონეზე, რადგან ის პირველ სპექტრულ დამზერას წარმოადგენს ანტიწყალბადის ატომზე.

 გარდა იმისა, რომ ეს ექსპერიმენტი საშუალებას გვაძლევს პირველად შევადაროთ მატერია და ანტიმატერია, ასევე ის ადასტურებს სტანდარტულ მოდელს, რომელიც გვეუბნება, რომ მუხტი-პარიტეტი(სისწორე)-დროის სიმეტრია(CPT symmetry) დაცულია. ანუ დადასტურება, რომ მატერიასა და ანტიმატერიას ერთიდაიგივე სპექტრული თვისებები აქვს, რაც კიდევ ერთხელ ამყარებს სტანდარტულ მოდელს ისევე, როგორც 2012 წელს ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენამ გაამყარა იგი.

 რა თქმა უნდა, ამ აღმოჩენამ დიდი აღტაცება გამოიწვია ცერნში და მოსალოდნელია, რომ მას მნიშვნელოვანი შედეგებიც მოყვება. გარდა იმისა, რომ სტანდარტული მოდელის დატესტვის ახალი მეთოდი გამოჩნდა, ეს ექსპერიმენტი, სავარაუდოდ, დაეხმარება მეცნიერებს გაიგონ, რატომ არის მატერიასა და ანტიმატერიას შორის ასეთი დისბალანსი სამყაროში. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი გადაიდგა იმის გაგებაში, როგორ გადაიქცა ჩვენი სამყარო ისეთად, როგორიც არის(წყალბადისა და ანტიწყალბადის მუხტი).

ავტორი: ქუჯი ბიჭია(სტუდენტი).

Show Comments Hide Comments

კომენტარის დატოვება

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *