Барионная материя


немного научпопа в пьяную пятницО

Барионная асимметрия Вселенной – наблюдаемое явление преобладания вещества над антивеществом во Вселенной.

Барионы и их античастицы

Барион – это семейство элементарных частиц, основными свойствами которых являются участие в сильном взаимодействии и наличие полуцелого спина (фермион), также барионы состоят из трех кварков, изредка – из пяти. К частицам такого рода относятся протон, нейтрон, сигма-/кси-/омега-гиперон и лямбда-барион. Вместе с электронами барионы составляют материю, в привычной для нас форме – барионная материя.

Однако, как уже общеизвестно, существует и иной вид материи – антиматерия или антивещество. Первым шагом к этому открытию стало обнаружение позитрона в 1932-м году Карлом Андерсоном. Позднее были открыты и другие античастицы и даже синтезирован антиводород.

Факт наличия антиматерии во Вселенной должен непременно укладываться в космологические модели ее формирования – здесь-то и берет свое начало вопрос о барионной асимметрии во Вселенной.


Формирование вещества и антивещества

Основываясь на результатах наблюдения за видимой Вселенной, ученые могут утверждать с уверенностью, что антиматерия реально стабильно не образуется в природе. Ее нет как в нашей галактике, так и за ее пределами. А существование всех античастиц, известных физике, было подтверждено экспериментально, при помощи специальных установок, вроде ускорителей. Даже если позднее античастицы будут обнаружены в природе, где-то вне Млечного Пути, формирование подобных «сгустков» антиматерии не имеет определенных оснований. Очевидное преобладание частиц над античастицами во Вселенной не удается объяснить даже при помощи двух основных космологических теорий: общей теории относительности и стандартной модели.

Рассматривая теорию Большого Взрыва и учитывая известные законы термодинамики, ученые отметили тот факт, что число барионов в тот момент было приблизительно равно числу фотонов. Вероятнее всего изначально материя и антиматерия были представлены в равном количестве и их частицы (барионы и антибарионы) при столкновении аннигилировали. По этой причине большая часть барионов была уничтожена, в то время как фотоны, несмотря на постоянное поглощение и переизлучение, сохранились практически в изначальном количестве. Анализируя полученные результаты наблюдений и теоретические расчеты, физики пришли к выводу, что число фотонов превышает количество барионов в миллиард раз.

Упомянутое открытие означает, что в какой-то момент барионов стало на одну миллиардную больше, чем их античастиц, и именно эта миллиардная часть не нашла себе пары, чтобы аннигилировать. Благодаря некоему неизученному эффекту материя сохранилась в виде барионов, создав тем самым условия для появления жизни во Вселенной. Все могло бы произойти иначе, и в мире остался бы лишь разреженный протон-антипротонный газ и фотоны.


Так как барионная материя допускает наличие разумной жизни, последняя все же была сформирована и вскоре задалась вопросом о том самом эффекте, допустившем преобладание вещества над антивеществом на одну миллиардную часть.

Нарушение CP-инвариантности

В физике элементарных частиц существует такое понятие как «комбинированная чётность», которая предполагает инвариантность различных взаимодействий по отношению к следующим симметриям:

P – четность. Симметрия, которая создает зеркальное отражение рассматриваемой физической системы.
С – зарядовое сопряжение. Симметрия, согласно которой частица может превратиться в античастицу.
Т – симметрия. Означает замену значения времени t на –t, то есть обращение времени.

Так как физические уравнения сохраняют свой вид при зеркальной инверсии системы, теоретически предполагалось, что зеркальное отражение какой-либо реакции проходило бы точно так же, как и сама реакция. До 1956-го года считалось, что сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия действуют одинаково при P-симметрии. Однако, в результате обработки данных китайскими учеными Чжэндао Ли и Чжэньнин Янг было отмечено, что сохранение P-симметрии в слабых взаимодействиях не было подтверждено экспериментально. В том же году командой американских и китайских физиков был проведен эксперимент на основе бета-распаде ядер кобальта-60 (слабое взаимодействие), который показал значительное нарушение P-симметрии.


Решением возникшей проблемы симметрии занялся советский ученый Лев Ландау, который в 1957-м году предложил теорию о еще одной симметрии, таковой, что ее комбинация с P-симметрией сохранялась бы при слабом взаимодействии. В роли этой симметрии выступило зарядовое сопряжение (С-симметрия).

Однако, спустя всего семь лет, в 1964-м году американские физики Джеймс Кронин и Вэл Фитч, проведя эксперимент по распаду нейтральных каонов, открыли нарушение и CP-инвариантности. Это открытие позволяет понять причину, по которой мог произойти наблюдаемый дисбаланс вещества и антивещества во Вселенной.

Работы Сахарова

Проблемой барионной асимметрии Вселенной занимался выдающийся советский теоретик Андрей Сахаров, сделавший вклад в создание водородной бомбы и отличившийся трудами в области управляемого термоядерного синтеза, физики плазмы, магнитной гидродинамики и других. Именно он связал дисбаланс частиц и античастиц с нарушением CP-инвариантности. Помимо нарушения CP-симметрии, в своей работе Сахаров указал два других условия, требуемых для наличия барионной асимметрии, а именно:


Барионное число должно нарушаться, так как в какой-то момент барионов стало чуть больше, чем антибарионов. Это квантовое число, которое равняется разнице кварков и антикварков (из которых складываются барионы) в системе. Теоретически подобное нарушение возможно в теории Великого Объединения, согласно которому три взаимодействия при больших энергиях (выше 1014 ГэВ ) соединяются в одно единое. В таком случае, вероятно, что Великое Объединение имело место быть на ранних этапах формирования Вселенной, когда и произошел рассматриваемый дисбаланс. Позже учеными было высчитано, что для нарушения барионного числа при слабом взаимодействии достаточно всего 100 ГэВ. Нарушение барионного числа физиками не наблюдалось. Возможность его существования подразумевает возможность распада протона либо случайное превращение нейтрона в антинейтрон, и наоборот.

Нарушение термодинамического равновесия Вселенной на ранних этапах формирования. После открытия нарушения CP-инвариантности было решено определить третью симметрию, которая бы в комбинации с двумя другими сохраняла действия трех взаимодействий. Ей стала та самая Т-симметрия. Так появилась в свет CPT теорема, гласящая об инвариантности трех взаимодействий относительно комбинации C, P и T симметрий. Тогда если система стремится к термодинамическому равновесию, то она становится все более симметричной. Поэтому для возникновения барионной асимметрии потребуется нарушение теплового равновесия в ранней Вселенной. Теоретически оно было возможным при относительно невысоких температурах во время зарождении Вселенной.
Таким образом, вышеприведенные условия, которые поставил Андрей Сахаров, приводят к барионной асимметрии Вселенной. Хотя эти условия теоретически и могут быть удовлетворены на ранних этапах формирования Вселенной, экспериментальные подтверждения их достоверности до сих пор не получены.


Существует ряд иных теорий о сложившемся дисбалансе вещества и антивещества во Вселенной, в том числе и предположение об изначальных условиях несимметричности. В 2010-м году появилась гипотеза, связывающая барионную асимметрию с темной материей. Проверка этих гипотез проводится на Большом адроном коллайдере, на основе результатов его экспериментов строятся и другие гипотезы.

Источник: www.yaplakal.com

Барионная материя

Барионная материя – луч света в «темном царстве».

Международная группа астрофизиков не так давно объявила о том, что в облаке межпланетного газа вокруг Млечного пути им удалось обнаружить недостающее барионное вещество. Эта новость вряд ли обрадует приверженцев теории темной материи.

История возникновения термина темной материи уходит в 30-е годы прошлого столетия. Тогда известный швейцарский астроном Цвикки измерял по красному смещению скорость движения галактик в созвездии «Волосы Вероники». Он обнаружил, что скорость эта соответствуют массе, которая в десятки раз должна была бы превышала массу, определенную по светящемуся или видимому (барионному) веществу.
подсчитал, что светящегося вещества в скоплениях галактик недостаточно для того, чтобы сила тяготения удерживала их вместе. Астроном выдвинул гипотезу о существовании скрытой массы. Он предположил, что недостающая материя на самом деле существует, однако, мы ее просто не видим. Согласно современным теориям, темная материя взаимодействует с обычным веществом лишь посредством сил притяжения. Это делает эксперименты по ее регистрации очень сложными. Несмотря на некоторые оптимистические заверения лидеров некоторых экспериментов, например, DAMA, до сих пор доказательств существования темной материи получить так и не удалось.

По последним подсчетам, барионное вещество составляет лишь от 4 до 10% всей материи во Вселенной. Основная доля барионного вещества сосредоточена в звездах, однако, оно присутствует так же в межзвездном галактическом газе и пыле.

Именно галактический газ исследовали ученые при помощи спутника Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) и рентгеновских обсерваторий Chandra и XMM-Newton. Они изучали спектр поглощения ионов кислорода. Исследователи измеряли радиальную скорость таких кислородных облаков, применяя принцип Допплеровского смещения, пишет журнал PhysicsWeb. Они определили, что радиальная скорость межпланетного газа составляет более 100 километров в секунду. Эта цифра гораздо выше расчетной, которая основывалась на предположении, что облака газа заключены в рамки нашей галактики.


Скорость движения небесных тел относительно друг друга определяется их взаимной массой. Рассуждения ученых основываются на уже известной плотности светящегося вещества, определенной по яркости его излучения. Эта плотность соответствует определенной массе, недостаточной для удержания стабильности системы. Ученые считают, что полученные ими данные позволяют предположить, что облака на самом деле простираются по всей так называемой «местной группе» галактик, которая включает в себя Млечный путь, туманность Андромеды и еще около 30 мелких галактик. В общей сложности рамки кислородных облаков расширились, согласно теории исследователей, до 5 миллионов световых лет.

Ученые подсчитали, что полная барионная масса в «местной группе» составляет около 1012 солнечных масс, что соответствует наблюдаемой динамике движения небесных тел во Вселенной. Если выводы ученых верны, это означало бы, что исследователи нашли все 100% недостающего барионного вещества, не оставив ни йоты для темной материи. В экспериментах участвовали сотрудники Астрофизического центра Гарварда-Смитсониана, Государственного университета Огайо и обсерватории Монтепорцио.

Статья руководителя группы Фабрицио Никастро была опубликована в журнале Nature.

IR «Барионная материя – впадина в норме материи поля темной материи; она лишь протоструктура темной материи, дающая поля структуризации темной материи для дальнейшего наращивания массы»[1].



[1] Суждения учения СВЕТ

 

Источник: ircns.net

БАРИО́НЫ (от греч. βαρύς – тя­жё­лый), час­ти­цы с рав­ным еди­ни­це ба­ри­он­ным за­ря­дом. Все наи­бо­лее изу­чен­ные Б. со­сто­ят из трёх квар­ков, оп­ре­де­ляю­щих их кван­то­вые чис­ла (стран­ность, оча­ро­ва­ние, пре­лесть), яв­ля­ют­ся ад­ро­на­ми и име­ют по­лу­це­лый спин, т. е. под­чи­ня­ют­ся ста­ти­сти­ке Фер­ми – Ди­ра­ка. К Б. от­но­сят­ся ну­кло­ны (про­тон и ней­трон), ги­пе­ро­ны, оча­ро­ван­ные и пре­ле­ст­ные Б. (со­дер­жа­щие в сво­ём со­ста­ве $s$-, $c$- и $b$-квар­ки), а так­же воз­бу­ж­дён­ные со­стоя­ния всех этих час­тиц – ба­ри­он­ные ре­зо­нан­сы. Все Б., кро­ме са­мо­го лёг­ко­го – про­то­на, не­ста­биль­ны и в сво­бод­ном со­стоя­нии рас­па­да­ют­ся. Ба­ри­он­ные ре­зо­нан­сы рас­па­да­ют­ся за счёт силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия (с со­хра­не­ни­ем аро­ма­та квар­ков) за вре­мя по­ряд­ка 10–23 с, а осн. со­стоя­ния Б. – за счёт сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия, не со­хра­няю­ще­го аро­ма­ты квар­ков, за вре­мя 10–13–10–10 с. По­это­му по­след­ние ус­лов­но от­но­сят к «ста­биль­ным» час­ти­цам.


Име­ют­ся тео­ре­тич. и экс­пе­рим. ука­за­ния на су­ще­ст­во­ва­ние «пя­ти­квар­ко­вых» Б., со­стоя­щих из трёх квар­ков и па­ры кварк – ан­тик­варк, а так­же ди­ба­рио­нов из шес­ти квар­ков. Ес­ли в при­ро­де дей­ст­ви­тель­но осу­ще­ст­в­ля­ет­ся т. н. су­пер­сим­мет­рия, со­глас­но ко­то­рой у ка­ж­дой час­ти­цы есть парт­нёр со спи­ном, от­ли­чаю­щим­ся на 1/2, то не ис­клю­че­на воз­мож­ность су­ще­ст­во­ва­ния Б. с це­лым спи­ном.

Со­глас­но дан­ным по пер­вич­но­му нук­лео­син­те­зу в ран­ней Все­лен­ной и по угло­вой ани­зо­тро­пии мик­ро­вол­но­во­го ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния, обыч­ное ве­ще­ст­во, со­стоя­щее из атом­ных ядер и элек­тро­нов (ба­ри­он­ная ма­те­рия), со­став­ля­ет все­го ок. 3–4% пол­ной мас­сы Все­лен­ной.

Источник: bigenc.ru

Астрофизики наконец-то удалось свести теорию с практикой и решить застарелую барионную проблему, обнаружив, наконец-то недостающую массу Вселенной.

С конца 90-х годов прошлого века ученые, мягко говоря, недоумевали. И было от чего. Количество наблюдаемого вещества во Вселенной было гораздо меньше предсказанного. Куда-то подевалось примерно половина обычной материи – так называемой барионной, образовавшейся в результате Большого взрыва и состоящей, соответственно, из барионов – протонов, нейтронов, электронов и прочей мелочи, из которой, собственно, и «сделан» весь окружающий мир, включая звезды, планеты и даже черные дыры.


Ныне выяснилось, где и как была спрятана эта самая половина Вселенной.

Отыскать недостающие барионы помог таинственный феномен – Быстрые радиовспышки (Fast radio bursts — FRB). Впервые и чисто случайно на эти электромагнитные сигналы чудовищной мощности, которые приходят от неких источников, расположенных в нескольких миллиардах световых лет от Земли, наткнулся астроном Дункан Лоример (Duncan Lorimer) из Университета Западной Вирджинии (West Virginia University) еще в 2007 году.

За 13 лет коллеги Лоримера обнаружили сотни FRB. Астрономические объекты, которые могли бы генерировать эти сигналы, они так и не выявили. Но запеленговали некоторые FRB и разобрались в их частотных характеристиках. Что и позволило отыскать «тайники» со спрятанной в них материей. FRB буквально указали на них.

В свое время Майкл Хиппке (Michael Hippke) из Немецкого аналитического института (Institute for Data Analysis in Neukirchen-Vluyn, Germany) и Джон Лернед (John Learned) из Гавайского университета (University of Hawaii in Manoa) обнаружили, что быстрые вспышки включают в себя радиоволны высоких и низких частот. При этом одни приходят чуть позднее других. Ученые, которыми руководил Жан-Пьер Маккором (Associate Professor Jean-Pierre Macquart) из Университета Кёртина (International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin Institute of Radio Astronomy, Curtin University, Perth, Australia) растолковали, что это значит. И сообщили о своем открытии в журнале Nature, на который сослался портал ScienceAlert.

Волны низких частот запаздывают, потому что тормозят о скопления межзвездного газа, сталкиваясь с атомами водорода и других элементов. Скопления этих атомов, сотканных в своеобразные нити, соединяют галактики в эдакую паутину. Нити не видны, но, как показали расчеты, они и составляют недостающую барионную массу Вселенной. Средняя плотность ее обычной матери при этом невелика – всего четверть атома на кубический метр. Но весит она много – как раз столько, сколько положено по теории.

Кстати, барионной материи во Вселенной всего 5 процентов. Всё остальное это якобы темная материя и темная энергия. Что из себя представляют загадочные субстанции, где могут находиться, никто пока не знает. Но их ищут – вот прямо то, не знаю что, заглядывая туда, не знаю куда.

А В ЭТО ВРЕМЯ

Повод заподозрить представителей развитых внеземных цивилизация в рассылке быстрых радиовсплесков по Вселенной дало недавнее открытие повторяющихся FRB. Астрономы ловили их каждые 16 дней. Что бы это значило? Ответ – тут:

Источник: www.kp.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.