एंटीमैटर « विज्ञान के बारे में दिलचस्प। अंतरिक्ष स्थितियों में बिल्कुल विपरीत एंटीमैटर
पृथ्वी पर और कृत्रिम उपग्रहों की मदद से हम लगभग हर चीज का पता लगाते हैं। उच्च ऊर्जा त्वरक की सहायता से पृथ्वी पर एंटीमैटर प्राप्त किया जाता है। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, एंटीप्रोटोन, एंटीड्यूटेरॉन, एंटीहेलियम और एंटीएटम प्राप्त किए गए थे।
खगोलीय विधियों से एंटीमैटर का प्रत्यक्ष अवलोकन असंभव है, क्योंकि एक दूसरे के साथ एंटीमैटर कणों की बातचीत से उत्पन्न फोटॉन, पदार्थ कणों की बातचीत से उत्पन्न फोटॉन से अप्रभेद्य होते हैं। इसका कारण यह है कि फोटॉन वास्तव में एक तटस्थ कण है और। सिद्धांत रूप में, न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो को देखकर पदार्थ को एंटीमैटर से अलग किया जा सकता है, लेकिन इस तरह के अवलोकन वर्तमान में अवास्तविक हैं।
यदि पृथ्वी के तत्काल वातावरण में ऐसे क्षेत्र थे जिनमें एंटीमैटर हावी था, तो यह स्वयं को विनाश γ-क्वांटा के रूप में प्रकट होना चाहिए, जो पदार्थ और एंटीमैटर के विनाश के दौरान बनते हैं। एंटीमैटर पर पदार्थ की प्रबलता के पक्ष में ब्रह्मांडीय किरणें एक महत्वपूर्ण तर्क हैं। वे पदार्थ के कण हैं - प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने परमाणु नाभिक।
पृथ्वी के वायुमंडल के साथ ब्रह्मांडीय विकिरण के उच्च-ऊर्जा कणों की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप एंटीमैटर कणों का निर्माण देखा जाता है। ऊर्जा की बढ़ी हुई सांद्रता वाले क्षेत्रों में एंटीपार्टिकल्स बनते हैं। उदाहरण के लिए, सक्रिय आकाशगंगाओं के नाभिक में प्रतिकणों का निर्माण होता है। एक नियम के रूप में, ऐसे मामलों में, पदार्थ कणों के साथ एंटीमैटर कण एक साथ दिखाई देते हैं। अगला चरण पदार्थ और एंटीमैटर के कणों का निर्माण और विनाश है। उदाहरण के लिए, 1 MeV से अधिक ऊर्जा वाला एक फोटॉन परमाणु नाभिक के क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी बना सकता है। परिणामी पॉज़िट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन के साथ मिलने पर नष्ट हो जाता है, अधिक बार 2 और कम अक्सर 3 -क्वांटा बनता है।
ब्रह्मांड में एंटीमैटर के अस्तित्व की समस्या भौतिकी की एक मूलभूत समस्या है, जो ब्रह्मांड के निर्माण और विकास की समस्या से जुड़ी है।
विभिन्न परिकल्पनाएं हैं कि क्यों देखने योग्य ब्रह्मांड लगभग पूरी तरह से पदार्थ से बना है। क्या ब्रह्मांड के ऐसे क्षेत्र हैं जहां एंटीमैटर प्रबल होता है? क्या एंटीमैटर का इस्तेमाल किया जा सकता है? दृश्य ब्रह्मांड में पदार्थ और एंटीमैटर की स्पष्ट विषमता का कारण आधुनिक भौतिकी के सबसे बड़े अनसुलझे रहस्यों में से एक है। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा कणों और प्रतिकणों के बीच यह विषमता उत्पन्न होती है, बैरियोजेनेसिस कहलाती है।
1950 के दशक तक, प्रचलित दृष्टिकोण यह था कि ब्रह्मांड में पदार्थ और एंटीमैटर की मात्रा समान है। हालाँकि, 1960 के दशक के मध्य में, बिग बैंग सिद्धांत के क्षेत्र में काम ने इस दृष्टिकोण को हिला दिया। वास्तव में, यदि एक गर्म और घने ब्रह्मांड के अस्तित्व के पहले क्षणों में, कणों और एंटीपार्टिकल्स की संख्या समान थी, तो उनका विनाश इस तथ्य की ओर ले जाएगा कि ब्रह्मांड में केवल विकिरण ही रहेगा। वर्तमान में, अधिकांश भौतिक विज्ञानी इस बात से सहमत हैं कि ब्रह्मांड में सीपी समरूपता के उल्लंघन के परिणामस्वरूप, कणों के विकास के पहले क्षणों में, एंटीपार्टिकल्स की तुलना में थोड़ा अधिक - प्रति 109 कण-एंटीपार्टिकल जोड़े में लगभग एक कण का गठन किया गया था। नतीजतन, विनाश के बाद, कणों की एक छोटी संख्या बनी रही।
"निकट" ब्रह्मांड में पदार्थ के प्रभुत्व की व्याख्या करने की एक और संभावना यह मान लेना है कि एंटीमैटर ब्रह्मांड के बहुत खराब खोजे गए क्षेत्रों में केंद्रित है। 1979 में, फ़्लॉइड स्टेकर ने सुझाव दिया कि पदार्थ और एंटीमैटर की विषमता बिग बैंग के बाद पहले क्षणों में अनायास उत्पन्न हो सकती है, जब पदार्थ और एंटीमैटर अलग हो गए।
चूंकि विद्युत चुम्बकीय विकिरण पदार्थ और एंटीमैटर दोनों के साथ समान रूप से संपर्क करता है, इसलिए विद्युत चुम्बकीय विकिरण में पदार्थ और एंटीमैटर से बने ग्रह, तारे और आकाशगंगाएँ समान दिखती हैं। इसलिए, ब्रह्मांड में एंटीमैटर की खोज के लिए अन्य तरीकों की आवश्यकता है। ऐसा ही एक तरीका है बाहरी अंतरिक्ष में एंटीन्यूक्लि का अवलोकन करना। ये द्रव्यमान संख्या A> 4 के साथ एंटीन्यूक्लियर होने चाहिए। यदि पृथ्वी के पास एंटीहेलियम नाभिक को पंजीकृत करना संभव होता, तो हमें ब्रह्मांड में एंटीमैटर की उच्च सामग्री वाले क्षेत्रों के अस्तित्व के पक्ष में पर्याप्त सबूत मिलते।
एंटीमैटर की खोज के लिए किसी को एंटीहेलियम नाभिक या भारी नाभिक की तलाश क्यों करनी चाहिए? तथ्य यह है कि एंटीप्रोटोन का निर्माण अल्ट्रारिलेटिविस्टिक प्रोटॉन या कॉस्मिक किरणों के अन्य नाभिकों की बातचीत से हो सकता है। ऐसे एंटीप्रोटोन (आमतौर पर द्वितीयक वाले के रूप में संदर्भित) के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को 2 GeV के क्षेत्र में एक व्यापक अधिकतम प्रदर्शित करना चाहिए। एंटीप्रोटोन के अन्य स्रोत, जिन्हें प्राथमिक कहा जाता है, काल्पनिक सुपरसिमेट्रिक कणों का विनाश हो सकता है, जिनमें से डार्क मैटर को शामिल किया जाना चाहिए - न्यूट्रिनो और / या "प्राथमिक" ब्लैक होल का वाष्पीकरण। न्यूट्रिलिनो के जोड़े के विनाश से क्वार्क-एंटीक्वार्क जेट का निर्माण हो सकता है, इसके बाद उनके हैड्रोनाइजेशन और एंटीप्रोटोन का निर्माण हो सकता है। प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रारंभिक ब्लैक होल का निर्माण हो सकता है। 10 14-15 के द्रव्यमान वाले ऐसे ब्लैक होल कणों को काफी तीव्रता से वाष्पित कर सकते हैं (हॉकिंग विकिरण)। रिकॉर्ड किए गए ऊर्जा स्पेक्ट्रम में ऐसे प्राथमिक एंटीप्रोटोन के योगदान को निम्न-ऊर्जा क्षेत्र में पता लगाने का प्रयास किया जा सकता है< 1 ГэВ.
गैलेक्सी के स्वीकृत मॉडल के आधार पर द्वितीयक एंटीप्रोटोन के प्रवाह का अनुमान लगाया जा सकता है। यह अधिकतम ~10 GeV की ऊर्जा पर पहुंचता है। कई सौ GeV तक की ऊर्जा वाले क्षेत्र में, स्पेक्ट्रम की प्रकृति द्वारा बेरियोजेनेसिस और/या सुपरसिमेट्रिक कणों और/या WIMPs के विनाश दोनों पर जानकारी प्राप्त करने की उम्मीद है।
कॉस्मिक किरणों की क्रिया के तहत एंटीड्यूटेरॉन के बनने की संभावना बहुत कम होती है। द्वितीयक एंटीड्यूटरॉन के स्पेक्ट्रम को द्वितीयक एंटीप्रोटॉन के स्पेक्ट्रम की तुलना में उच्च ऊर्जा में स्थानांतरित किया जाना चाहिए और घटती ऊर्जा के साथ तेजी से घटता है। डार्क मैटर कणों के विनाश और/या प्राइमर्डियल ब्लैक होल के वाष्पीकरण द्वारा निर्मित प्राइमर्डियल एंटीड्यूटेरॉन के लिए, ऊर्जा पर अधिकतम स्पेक्ट्रम की उम्मीद की जाती है< 1 ГэВ.
Таким образом, области первичных и вторичных антидейтронов должны быть хорошо
разделены.
कॉस्मिक किरणों की क्रिया के तहत एंटीहेलियम नाभिक के बनने की संभावना गायब हो जाती है। दरअसल, इसके लिए दो एंटीप्रोटोन और दो एंटीन्यूट्रॉन एक ही जगह और लगभग एक साथ बनने चाहिए, और उनके सापेक्ष वेग छोटे होने चाहिए। 1997 में, पास्कल शारडोनेट ने इस तरह की घटना की संभावना का अनुमान लगाया। उनके अनुमान के अनुसार, प्रति 10 15 अल्ट्रारिलेटिविस्टिक कॉस्मिक रे प्रोटॉन में एक एंटीहेलियम न्यूक्लियस बन सकता है। ऐसी घटना के लिए औसत प्रतीक्षा समय 15 अरब वर्ष है, जो ब्रह्मांड की आयु के बराबर है।
यदि ब्रह्मांड में विकास के प्रारंभिक चरण में, अंतरिक्ष के क्षेत्र वास्तव में बने थे जिनमें पदार्थ या एंटीमैटर प्रबल होता है, तो उन्हें अलग किया जाना चाहिए, क्योंकि। इन क्षेत्रों की सीमा पर हल्का दबाव बनता है, जो पदार्थ और एंटीमैटर को अलग करता है। विनाश पदार्थ और एंटीमैटर वाले क्षेत्रों के बीच की सीमा पर होना चाहिए, और तदनुसार, विनाश गामा क्वांटा उत्सर्जित होना चाहिए। हालांकि, आधुनिक गामा-रे टेलीस्कोप ऐसे विकिरण का पता नहीं लगाते हैं। दूरबीनों की संवेदनशीलता के आधार पर अनुमान लगाए गए थे। उनके अनुसार, एंटीमैटर क्षेत्र 65 मिलियन प्रकाश वर्ष के करीब नहीं हो सकते। इस प्रकार, न केवल हमारी आकाशगंगा में, बल्कि आकाशगंगाओं के हमारे समूह में भी ऐसा कोई क्षेत्र नहीं है, जिसमें आकाशगंगा के अलावा, 50 अन्य आकाशगंगाएँ शामिल हैं।
इतनी दूरियों पर बनने वाले एंटीहेलियम नाभिक का पंजीकरण एक जटिल समस्या है। एक एंटीहेलियम न्यूक्लियस के लिए इतनी लंबी दूरी से डिटेक्टर तक पहुंचना और पंजीकृत होना इतना आसान नहीं है। विशेष रूप से, यह गैलेक्टिक और इंटरगैलेक्टिक चुंबकीय क्षेत्रों में "उलझन" हो सकता है और इस प्रकार इसके गठन की जगह से दूर नहीं उड़ सकता है। इसके अलावा, एंटीहेलियम लगातार विनाश के खतरे में रहेगा। और अंत में, डिटेक्टर इतना बड़ा लक्ष्य नहीं है कि इतनी बड़ी दूरी से आसानी से मारा जा सके। इसलिए, एंटीहेलियम नाभिक की पहचान क्षमता बेहद कम है।
एंटीहेलियम "यात्रा" की शर्तों के तहत, बहुत अनिश्चितता है, जो हमें नाभिक का पता लगाने की संभावना का अनुमान लगाने की अनुमति नहीं देती है। इस बात की संभावना हमेशा बनी रहती है कि यदि संसूचक थोड़ा अधिक संवेदनशील होता, तो खोज हो जाती।
यह केवल स्पष्ट है कि छोटी ऊर्जा के एक एंटीन्यूक्लियस का "यात्रा" समय ब्रह्मांड के अस्तित्व के समय से कम हो सकता है। इसलिए, उच्च-ऊर्जा एंटीन्यूक्लियर का शिकार करना आवश्यक है। इसके अलावा, ऐसे नाभिकों के गांगेय ब्रह्मांडीय पवन पर काबू पाने की अधिक संभावना होती है।
पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटोन के लिए, वे एंटीमैटर के काल्पनिक क्षेत्रों द्वारा भी उत्सर्जित हो सकते हैं और पृथ्वी के पास मापे गए स्पेक्ट्रा में योगदान कर सकते हैं। एंटीप्रोटोन की तुलना में, पॉज़िट्रॉन का पता लगाना अधिक कठिन होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि प्रोटॉन के प्रवाह, जो पृष्ठभूमि के स्रोत हैं, पॉज़िट्रॉन के प्रवाह से 10 3 अधिक हैं। एंटीमैटर क्षेत्रों से आने वाले पॉज़िट्रॉन के सिग्नल अन्य प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप पॉज़िट्रॉन के संकेतों में "डूब" सकते हैं। इस बीच, कॉस्मिक किरणों में पॉज़िट्रॉन की उत्पत्ति भी पूरी तरह से ज्ञात नहीं है। क्या कॉस्मिक किरणों में प्राथमिक पॉज़िट्रॉन होते हैं? क्या एंटीप्रोटोन और पॉज़िट्रॉन की अधिकता के बीच कोई संबंध है? स्थिति को स्पष्ट करने के लिए, पॉज़िट्रॉन के स्पेक्ट्रा को एक विस्तृत ऊर्जा सीमा में मापना आवश्यक है।
एक गुब्बारे का उपयोग करके ऊपरी वायुमंडल में ब्रह्मांडीय किरणों के अध्ययन के लिए एक उपकरण का पहला प्रक्षेपण 1907 में विक्टर हेस द्वारा किया गया था। 1950 के दशक की शुरुआत तक, ब्रह्मांडीय किरणों का अध्ययन कण भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण खोजों का स्रोत था। 1979 से इस तरह के प्रयोगों में एंटीप्रोटोन देखे गए हैं (बोगोमोलोव, ई.ए. एट अल। 1979, प्रोक। 16 वां इंट। कॉस्मिक रे कॉन्फ। (क्योटो), खंड 1, पी। 330; गोल्डन, आर। एल। एट अल। 1979, फिज। रेव। लेट।, 43, 1196)। उन्होंने एंटीमैटर और डार्क मैटर के अध्ययन में नई संभावनाएं खोलीं।कॉस्मिक किरणों के आधुनिक अध्ययन में एक्सीलरेटर पर प्रयोगों के लिए विकसित एक तकनीक का उपयोग किया जाता है।
कुछ समय पहले तक, ब्रह्मांडीय किरणों में एंटीपार्टिकल्स के बारे में लगभग सभी जानकारी गुब्बारों में वायुमंडल की उच्च परतों में लॉन्च किए गए डिटेक्टरों की मदद से प्राप्त की जाती थी। इस मामले में, एक संदेह पैदा हुआ कि इंटरस्टेलर माध्यम (द्वितीयक एंटीप्रोटोन) के साथ ब्रह्मांडीय किरणों की बातचीत के परिणामस्वरूप उनकी घटना की संभावना के अनुमानों की तुलना में अधिक एंटीप्रोटोन हैं। "अत्यधिक" एंटीप्रोटोन की व्याख्या करने के लिए प्रस्तावित तंत्र ने एंटीप्रोटोन के ऊर्जा स्पेक्ट्रा के लिए अलग-अलग भविष्यवाणियां दीं। हालांकि, गुब्बारे के कम उड़ान समय और पृथ्वी के वायुमंडल के अवशेषों की उपस्थिति ने ऐसे प्रयोगों की संभावनाओं को सीमित कर दिया। डेटा में एक बड़ी अनिश्चितता थी, इसके अलावा, ऊर्जा में 20 GeV से अधिक का विस्तार नहीं हुआ।
एंटीपार्टिकल्स को पंजीकृत करने के लिए, बड़े गुब्बारे (3 मिलियन क्यूबिक मीटर तक) का उपयोग किया जाता है, जो 3 टन तक वजन वाले भारी डिटेक्टरों को ~ 40 किमी की ऊंचाई तक उठाने में सक्षम होते हैं। एक नियम के रूप में, मॉन्टगॉल्फियर की तरह, वे नीचे खुले हैं और खो देते हैं हीलियम जब बाहर का तापमान गिरता है। ज्यादातर मामलों में, उड़ान की अवधि 24 घंटे से अधिक नहीं होती है। इसके अलावा, वायुमंडलीय तापमान, शून्य से 20-25 किमी तक तेजी से घटने के बाद, ~ 40 किमी की ऊंचाई पर अधिकतम तक पहुंचना शुरू हो जाता है, जिसके बाद यह फिर से घटने लगता है। चूंकि बाहरी हवा के तापमान में कमी के साथ गुब्बारे का आयतन घटता है, इसलिए अधिकतम चढ़ाई की ऊंचाई ~ 40 किमी से अधिक नहीं हो सकती है। इस ऊंचाई पर, वातावरण अभी भी काफी घना है, और कई दसियों GeV की ऊर्जा के साथ एंटीप्रोटोन का प्रवाह, जो कि अवशिष्ट वातावरण के साथ प्राथमिक ब्रह्मांडीय किरणों की बातचीत के दौरान बनता है, गांगेय माध्यम में उत्पादित एंटीप्रोटोन के प्रवाह से अधिक होता है। पंजीकृत कणों की उच्च ऊर्जा के लिए, विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए त्रुटियां बहुत बड़ी हो जाती हैं।
हाल ही में, लंबी उड़ानें (20 दिनों तक) शुरू की गई हैं। वे खुले गुब्बारों का भी उपयोग करते हैं, लेकिन ध्रुवीय दिन के दौरान, ध्रुवों के पास, बहुत उच्च अक्षांशों पर गुब्बारों को लॉन्च करने से हीलियम के नुकसान में काफी कमी आई है। हालांकि, उनके पेलोड का द्रव्यमान, जब 40 किमी की ऊंचाई तक उड़ता है, 1 टन से अधिक नहीं होता है। यह उच्च ऊर्जा पर एंटीमैटर फ्लक्स को मापने के लिए बहुत छोटा है। गुब्बारों (लगभग 100 दिन) में सुपर-लॉन्ग उड़ानों के कार्यान्वयन के लिए बंद गुब्बारों का भी उपयोग किया जाना चाहिए। वे मोटे और भारी होते हैं, हीलियम नहीं खोते हैं, और अंदर और बाहर के दबाव के अंतर का सामना कर सकते हैं। वे अपेक्षाकृत हल्के उपकरण उठा सकते हैं, 1 टन से कम।
चावल। 20.1. भौतिक उपकरणों के साथ बैलून-जांच का शुभारंभ।
चावल। 20.2 कॉस्मिक रेडिएशन डिटेक्टर BESS-Polar II। स्पेक्ट्रोमीटर (1) सौर पैनलों के साथ (2)।
प्रयोग के हिस्से के रूप में गुब्बारों पर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके एंटीहेलियम की खोज की गई बेस (बीएलून जनित इप्रयोगसाथ एसअतिचालक एसपेक्ट्रोमीटर) (चित्र 20.2)। 1993 से 2000 तक, BESS स्पेक्ट्रोमीटर को उत्तरी कनाडा के ऊपरी वायुमंडल में बार-बार प्रक्षेपित किया गया। उड़ानों की अवधि लगभग एक दिन थी। स्पेक्ट्रोमीटर में लगातार सुधार किया गया और संवेदनशीलता में वृद्धि हुई। उड़ानों की इस श्रृंखला में प्राप्त हीलियम/एंटीहेलियम अनुपात के लिए कुल संवेदनशीलता 1-14 GV की कठोरता सीमा में ~6.8×10 −7 है। BESS-TeV प्रयोग (2001) में, स्पेक्ट्रोमीटर की कठोरता सीमा 500 GV तक बढ़ा दी गई थी और 1.4 × 10 −4 की संवेदनशीलता हासिल की गई थी। 2004-2008 में आँकड़ों को बढ़ाने के लिए। अंटार्कटिक में बेहतर स्पेक्ट्रोमीटर (0.6-20 जीवी) की बहु-दिवसीय उड़ानें की गईं। 2004-2005 में, बीईएसएस-पोलर I उड़ान के दौरान, जो 8.5 दिनों तक चली, 8×10 −6 की संवेदनशीलता हासिल की गई। 2007-2008 में BESS-Polar II उड़ान (माप अवधि 24.5 दिन) के दौरान, 9.8 × 10 −8 की संवेदनशीलता हासिल की गई थी। बीईएसएस की सभी उड़ानों को ध्यान में रखते हुए कुल संवेदनशीलता 6.7×10 −8 तक पहुंच गई। एक भी एंटीहेलियम नाभिक नहीं मिला।
BESS-Polar II उड़ान में उपयोग किए जाने वाले चुंबकीय स्पेक्ट्रोमीटर में एक सुपरकंडक्टिंग अल्ट्रा-थिन-वॉल सोलनॉइडल चुंबक, एक सेंट्रल ट्रैकर (JET / IDC), एक टाइम-ऑफ-फ्लाइट होडोस्कोप (TOF), और एक चेरेनकोव डिटेक्टर (अंजीर) होता है। 20.3)।
चावल। 20.3. BESS-Polar II प्रयोग स्पेक्ट्रोमीटर का अनुभागीय दृश्य।
उड़ान के समय का होडोस्कोप वेग (β) और ऊर्जा हानि (डीई/डीएक्स) को मापना संभव बनाता है। इसमें ऊपरी और निचले प्लास्टिक जगमगाहट काउंटर होते हैं, जो 10 और 12 जगमगाहट स्ट्रिप्स (100×950×10 मिमी) से बने होते हैं। टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट सिस्टम का समय रिज़ॉल्यूशन ~ 70 ps है। इसके अलावा, एक तीसरा जगमगाहट काउंटर (मध्य-टीओएफ) है, जो सोलनॉइड के अंदर स्थित होता है और इसमें 64 प्लास्टिक स्किन्टिलेटर रॉड होते हैं। यह आपको सोलनॉइड के नीचे से उड़ने में सक्षम कणों के कारण पंजीकरण की ऊर्जा सीमा को कम करने की अनुमति देता है।
बहाव कक्ष एक समान चुंबकीय क्षेत्र में स्थित होते हैं। 28 बिंदुओं का उपयोग करते हुए, प्रत्येक 200 माइक्रोन की सटीकता के साथ, स्पेक्ट्रोमीटर में प्रवेश करने वाले एक कण के प्रक्षेपवक्र की वक्रता की गणना की जाती है, जिससे इसकी चुंबकीय कठोरता आर = पीसी / ज़ेड और चार्ज का संकेत निर्धारित करना संभव हो जाता है।
एयरहीलियम चेरेनकोव काउंटर पृष्ठभूमि ई - / μ - से एंटीप्रोटॉन और एंटीड्यूटरॉन से संकेतों को अलग करना संभव बनाता है।
चावल। 20.4. BESS सेटअप में कणों की पहचान।
कण की पहचान द्रव्यमान द्वारा की जाती है (चित्र 20.4), जो कि कठोरता R, कण वेग β और ऊर्जा हानि dE/dx से संबंधित है, जिसे उड़ान के समय काउंटरों और बहाव कक्षों के अनुपात से मापा जाता है।
इसके लिए, द्वि-आयामी वितरण dE/dx – |R| . पर संबंधित क्षेत्रों का चयन किया जाता है और β-1-आर।
पृथ्वी का एंटीप्रोटॉन विकिरण बेल्ट
PAMELA सहयोग ने दक्षिण अटलांटिक विसंगति के क्षेत्र में पृथ्वी के चारों ओर एक विकिरण बेल्ट की खोज की। एंटीप्रोटोन और प्रोटॉन के स्पेक्ट्रा को सीधे विकिरण बेल्ट में और विकिरण बेल्ट के बाहर मापा जाता था (चित्र 20.5, 20.6)।
यह दिखाया गया है कि एंटीप्रोटोन, जो गुब्बारों और उपग्रहों पर स्थापित डिटेक्टर प्रतिष्ठानों द्वारा पंजीकृत किए गए थे, द्वितीयक मूल के हैं। वे इंटरस्टेलर पदार्थ या प्रतिक्रिया पीपी → पीपीपी में वातावरण के साथ गेलेक्टिक कॉस्मिक किरणों की बातचीत के परिणामस्वरूप बनते हैं। हालांकि, प्रतिक्रिया में उत्पन्न होने वाले अल्बेडो एंटीन्यूट्रॉन (एंटीन्यूट्रॉन जिनके प्रवाह को पृथ्वी से दूर निर्देशित किया जाता है) के क्षय से बहुत बड़ा योगदान होता है
पीपी → पीपीएन .
ये एंटीन्यूट्रॉन भू-चुंबकीय क्षेत्र और क्षय से गुजरते हैं, जिससे एंटीप्रोटॉन → + ई + + ई बनते हैं। उत्पन्न एंटीप्रोटोन में से कुछ को मैग्नेटोस्फीयर द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है, जिससे एंटीप्रोटॉन विकिरण बेल्ट बनता है। जिस तरह प्रोटॉन विकिरण बेल्ट का मुख्य स्रोत न्यूट्रॉन का अल्बेडो क्षय है, उसी तरह एंटीन्यूट्रॉन के क्षय से एक एंटीप्रोटॉन बेल्ट का निर्माण होता है।
प्रायोगिक आंकड़ों से यह पता चलता है कि विकिरण बेल्ट में एंटीप्रोटोन का घनत्व विकिरण बेल्ट के बाहर एंटीप्रोटोन के घनत्व से अधिक परिमाण के 3-4 क्रम है। गांगेय ब्रह्मांडीय किरणों की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप सीधे बनने वाले एंटीप्रोटॉन के स्पेक्ट्रम का आकार व्यावहारिक रूप से एंटीप्रोटॉन विकिरण बेल्ट के बाहर एंटीप्रोटॉन के स्पेक्ट्रम के आकार के साथ मेल खाता है।
ब्रह्मांड में एंटीमैटर का पता लगाने की समस्या हल होने से कोसों दूर है। फर्मी एट अल द्वारा अंतरिक्ष दूरबीनों के कार्यक्रमों में एंटीमैटर की सक्रिय खोज की परिकल्पना की गई है।
हाल ही में, CERN में ALICE सहयोग के सदस्यों ने रिकॉर्ड सटीकता के साथ एंटीमैटर नाभिक के द्रव्यमान को मापा और यहां तक कि उस ऊर्जा का अनुमान लगाया जो एंटीप्रोटॉन को एंटीन्यूट्रॉन से बांधती है। अभी तक पदार्थ और एंटीमैटर में इन मापदंडों के बीच कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं पाया गया है, लेकिन यह मुख्य बात नहीं है। यह महत्वपूर्ण है कि अभी, पिछले कुछ वर्षों में, न केवल एंटीपार्टिकल्स, बल्कि एंटीन्यूक्लि और यहां तक कि एंटीएटम भी माप और अवलोकन के लिए उपलब्ध हो रहे हैं। इसलिए, यह पता लगाने का समय आ गया है कि एंटीमैटर क्या है और आधुनिक भौतिकी में इसके शोध का क्या स्थान है।
आइए आपके कुछ पहले एंटीमैटर प्रश्नों का अनुमान लगाने का प्रयास करें।
क्या यह सच है कि एंटीमैटर का इस्तेमाल सुपर पावरफुल बम बनाने में किया जा सकता है? और क्या, सीईआरएन में वे वास्तव में एंटीमैटर जमा करते हैं, जैसा कि फिल्म एन्जिल्स एंड डेमन्स में दिखाया गया है, और यह बहुत खतरनाक है? क्या यह सच है कि अंतरिक्ष यात्रा के लिए एंटीमैटर एक असाधारण कुशल ईंधन होगा? क्या पॉज़िट्रॉनिक मस्तिष्क के विचार में कोई सच्चाई है, जिसे आइज़ैक असिमोव ने अपने कार्यों में रोबोट दिया है? ...
यह कोई रहस्य नहीं है कि अधिकांश के लिए, एंटीमैटर कुछ बेहद (विस्फोटक) खतरनाक से जुड़ा होता है, कुछ संदिग्ध के साथ, कुछ ऐसा होता है जो शानदार वादों और बड़े जोखिमों के साथ कल्पना को उत्तेजित करता है - इसलिए ऐसे प्रश्न। हम स्वीकार करते हैं: भौतिकी के नियम सीधे तौर पर इस सब पर रोक नहीं लगाते हैं। हालाँकि, इन विचारों का कार्यान्वयन वास्तविकता से, आधुनिक तकनीकों से और आने वाले दशकों की तकनीकों से इतना दूर है कि व्यावहारिक उत्तर सरल है: नहीं, आधुनिक दुनिया के लिए यह सच नहीं है। इन विषयों पर बातचीत सिर्फ कल्पना है, वास्तविक वैज्ञानिक और तकनीकी उपलब्धियों पर आधारित नहीं है, बल्कि आधुनिक संभावनाओं की सीमाओं से परे उनके एक्सट्रपलेशन पर आधारित है। यदि आप इन विषयों पर गंभीरता से बात करना चाहते हैं, तो वर्ष 2100 के करीब आएं। इस बीच, आइए एंटीमैटर पर वास्तविक वैज्ञानिक शोध के बारे में बात करते हैं।
एंटीमैटर क्या है?
हमारी दुनिया को इस तरह से व्यवस्थित किया गया है कि प्रत्येक प्रकार के कणों - इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आदि के लिए - एंटीपार्टिकल्स (पॉज़िट्रॉन, एंटीप्रोटॉन, एंटीन्यूट्रॉन) हैं। उनके पास एक ही द्रव्यमान है और, यदि अस्थिर है, तो वही आधा जीवन है, लेकिन विपरीत शुल्क और विभिन्न इंटरैक्शन संख्याएं हैं। पॉज़िट्रॉन में इलेक्ट्रॉनों के समान द्रव्यमान होता है, लेकिन केवल एक सकारात्मक चार्ज होता है। एंटीप्रोटॉन पर ऋणात्मक आवेश होता है। एंटीन्यूट्रॉन न्यूट्रॉन की तरह विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, लेकिन विपरीत बेरियन संख्या रखते हैं और एंटीक्वार्क से बने होते हैं। एंटीन्यूक्लियस को एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन से इकट्ठा किया जा सकता है। पॉज़िट्रॉन जोड़ने से हम एंटी-परमाणु बनाएंगे, और उन्हें जमा करके हमें एंटीमैटर मिलेगा। यह सब एंटीमैटर है।
और यहाँ तुरंत कई जिज्ञासु सूक्ष्मताएँ हैं जिनके बारे में यह ध्यान देने योग्य है। सबसे पहले, एंटीपार्टिकल्स का अस्तित्व सैद्धांतिक भौतिकी की एक बड़ी जीत है। यह गैर-स्पष्ट, और कुछ के लिए, यहां तक कि चौंकाने वाला विचार सैद्धांतिक रूप से पॉल डिराक द्वारा प्राप्त किया गया था और शुरू में इसे शत्रुता के साथ माना जाता था। इसके अलावा, पॉज़िट्रॉन की खोज के बाद भी, कई लोगों को अभी भी एंटीप्रोटॉन के अस्तित्व पर संदेह था। सबसे पहले, उन्होंने कहा, डिराक ने इलेक्ट्रॉन का वर्णन करने के लिए अपने सिद्धांत के साथ आया, और यह निश्चित नहीं है कि यह प्रोटॉन के लिए काम करेगा। उदाहरण के लिए, प्रोटॉन का चुंबकीय क्षण डिराक के सिद्धांत की भविष्यवाणी से कई गुना भिन्न होता है। दूसरे, कॉस्मिक किरणों में लंबे समय तक एंटीप्रोटोन के निशान खोजे गए, और कुछ भी नहीं मिला। तीसरा, उन्होंने दावा किया - शाब्दिक रूप से हमारे शब्दों को दोहराते हुए - कि यदि एंटी-प्रोटॉन हैं, तो एंटी-एटम, एंटी-स्टार और एंटी-गैलेक्सी होना चाहिए, और हम निश्चित रूप से उन्हें भव्य ब्रह्मांडीय विस्फोटों से नोटिस करेंगे। चूँकि हम इसे नहीं देखते हैं, यह शायद इसलिए है क्योंकि एंटीमैटर मौजूद नहीं है। इसलिए, नए लॉन्च किए गए बेवाट्रॉन त्वरक में 1955 में एंटीप्रोटोन की प्रायोगिक खोज एक गैर-तुच्छ परिणाम थी, जिसे 1959 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। 1956 में, उसी त्वरक पर एंटीन्यूट्रॉन भी खोजा गया था। इन खोजों, संदेहों और उपलब्धियों की कहानी कई ऐतिहासिक निबंधों में पाई जा सकती है, उदाहरण के लिए, इस रिपोर्ट में या फ्रैंक क्लोज़ की हाल की पुस्तक एंटीमैटर में।
हालाँकि, यह अलग से कहा जाना चाहिए कि विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक बयानों में एक ध्वनि संदेह हमेशा उपयोगी होता है। उदाहरण के लिए, यह कथन कि एंटीपार्टिकल्स का द्रव्यमान कणों के समान होता है, यह भी एक सैद्धांतिक परिणाम है, यह बहुत महत्वपूर्ण सीपीटी प्रमेय का अनुसरण करता है। जी हाँ, अनुभव द्वारा बार-बार परखी गई सूक्ष्म जगत की आधुनिक भौतिकी इसी कथन पर बनी है। लेकिन फिर भी, यह समानता है: कौन जानता है, शायद इस तरह हम सिद्धांत की प्रयोज्यता की सीमाएं पाएंगे।
एक और विशेषता: सूक्ष्म जगत की सभी ताकतें कणों और एंटीपार्टिकल्स से समान रूप से संबंधित नहीं हैं। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक और मजबूत इंटरैक्शन के लिए उनके बीच कोई अंतर नहीं है, कमजोर लोगों के लिए है। इस वजह से, कणों और एंटीपार्टिकल्स की बातचीत के कुछ सूक्ष्म विवरण भिन्न होते हैं, उदाहरण के लिए, कण ए के कण बी और एंटी-ए के एंटी-बी के सेट में क्षय की संभावनाएं (थोड़ा और विस्तार के लिए) मतभेदों के बारे में, पावेल पखोव द्वारा चयन देखें)। यह विशेषता इसलिए उत्पन्न होती है क्योंकि कमजोर अंतःक्रियाएं हमारी दुनिया की सीपी समरूपता को तोड़ देती हैं। लेकिन ऐसा क्यों होता है यह प्राथमिक कणों के रहस्यों में से एक है, और इसके लिए ज्ञात से परे जाने की आवश्यकता है।
और यहाँ एक और सूक्ष्मता है: कुछ कणों में इतनी कम विशेषताएं होती हैं कि एंटीपार्टिकल्स और कण एक दूसरे से बिल्कुल भी भिन्न नहीं होते हैं। ऐसे कणों को वास्तव में तटस्थ कहा जाता है। यह एक फोटॉन, हिग्स बोसोन, तटस्थ मेसन है, जिसमें एक ही तरह के क्वार्क और एंटीक्वार्क होते हैं। लेकिन न्यूट्रिनो के साथ स्थिति अभी भी स्पष्ट नहीं है: शायद वे वास्तव में तटस्थ (मेजराना) हैं, या शायद नहीं। न्यूट्रिनो के द्रव्यमान और अंतःक्रियाओं का वर्णन करने वाले सिद्धांत के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है। इस प्रश्न का उत्तर वास्तव में एक बड़ा कदम होगा, क्योंकि यह हमारी दुनिया की संरचना से निपटने में मदद करेगा। अब तक, प्रयोग ने इस बारे में कुछ भी स्पष्ट नहीं कहा है। लेकिन न्यूट्रिनो अनुसंधान के लिए प्रायोगिक कार्यक्रम इतना शक्तिशाली है, इतने प्रयोग हैं कि भौतिक विज्ञानी धीरे-धीरे समाधान के करीब पहुंच रहे हैं।
वह कहाँ है, यह प्रतिपदार्थ?
जब एक प्रतिकण अपने कण से मिलता है, तो वह नष्ट हो जाता है: दोनों कण गायब हो जाते हैं और फोटॉन या हल्के कणों के एक सेट में बदल जाते हैं। बाकी सारी ऊर्जा इस सूक्ष्म विस्फोट की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यह द्रव्यमान का तापीय ऊर्जा में सबसे कुशल रूपांतरण है, जो परमाणु विस्फोट से सैकड़ों गुना अधिक कुशल है। लेकिन हम अपने आसपास कोई भव्य प्राकृतिक विस्फोट नहीं देखते हैं; प्रकृति में पर्याप्त मात्रा में एंटीमैटर मौजूद नहीं है। हालांकि, अलग-अलग एंटीपार्टिकल्स विभिन्न प्राकृतिक प्रक्रियाओं में अच्छी तरह से पैदा हो सकते हैं।
पॉज़िट्रॉन का उत्पादन करने का सबसे आसान तरीका है। सबसे आसान विकल्प रेडियोधर्मिता है, सकारात्मक बीटा रेडियोधर्मिता के कारण कुछ नाभिकों का क्षय। उदाहरण के लिए, प्रयोग अक्सर पॉज़िट्रॉन के स्रोत के रूप में ढाई साल के आधे जीवन के साथ सोडियम -22 आइसोटोप का उपयोग करते हैं। एक और बल्कि अप्रत्याशित प्राकृतिक स्रोत है जिसके दौरान पॉज़िट्रॉन विनाश से गामा विकिरण की चमक कभी-कभी पाई जाती है, जिसका अर्थ है कि पॉज़िट्रॉन किसी तरह वहां पैदा हुए थे।
एंटीप्रोटोन और अन्य एंटीपार्टिकल्स बनाना अधिक कठिन है: इसके लिए रेडियोधर्मी क्षय की ऊर्जा पर्याप्त नहीं है। प्रकृति में, वे उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणों की क्रिया के तहत पैदा होते हैं: एक ब्रह्मांडीय प्रोटॉन, ऊपरी वायुमंडल में कुछ अणु से टकराकर, कण और एंटीपार्टिकल धाराएं उत्पन्न करता है। हालाँकि, यह वहाँ होता है, एंटीप्रोटोन लगभग पृथ्वी तक नहीं पहुँचते हैं (जिनके बारे में 40 के दशक में कॉस्मिक किरणों में एंटीप्रोटोन की खोज की गई थी), और आप एंटीप्रोटोन के इस स्रोत को प्रयोगशाला में नहीं ला सकते हैं।
सभी भौतिक प्रयोगों में, एंटीप्रोटोन "ब्रूट फोर्स" उत्पन्न करते हैं: वे उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन का एक बीम लेते हैं, इसे एक लक्ष्य तक निर्देशित करते हैं, और इस टक्कर में बड़ी मात्रा में पैदा होने वाले "हैड्रोन गांठ" को छांटते हैं। सॉर्ट किए गए एंटीप्रोटोन एक बीम के रूप में आउटपुट होते हैं, और फिर उन्हें प्रोटॉन से टकराने के लिए या तो उच्च ऊर्जा में त्वरित किया जाता है (इस तरह, उदाहरण के लिए, अमेरिकी टेवेट्रॉन कोलाइडर काम करता है), या, इसके विपरीत, उन्हें धीमा कर दिया जाता है और महीन माप के लिए उपयोग किया जाता है।
सर्न, जो एंटीमैटर अनुसंधान के अपने लंबे इतिहास पर गर्व कर सकता है, के पास एक विशेष AD "त्वरक", "एंटीप्रोटॉन मॉडरेटर" है, जो बस यही करता है। वह एंटीप्रोटोन का एक बीम लेता है, उन्हें ठंडा करता है (यानी उन्हें धीमा कर देता है), और फिर कई विशेष प्रयोगों पर धीमी एंटीप्रोटोन के प्रवाह को वितरित करता है। वैसे यदि आप वास्तविक समय में AD की स्थिति देखना चाहते हैं, तो Cern के ऑनलाइन मॉनिटर इसकी अनुमति देते हैं।
एंटी-परमाणुओं, यहां तक कि सबसे सरल, एंटी-हाइड्रोजन परमाणुओं को भी संश्लेषित करना पहले से ही काफी कठिन है। प्रकृति में, वे बिल्कुल भी उत्पन्न नहीं होते हैं - कोई उपयुक्त परिस्थितियाँ नहीं हैं। यहां तक कि प्रयोगशाला में भी, एंटीप्रोटोन को पॉज़िट्रॉन के साथ संयोजित करने से पहले कई तकनीकी कठिनाइयों को दूर किया जाना चाहिए। समस्या यह है कि स्रोतों से उत्सर्जित एंटीप्रोटोन और पॉज़िट्रॉन अभी भी बहुत गर्म हैं; वे एंटीएटम द्वारा बनने के बजाय बस एक-दूसरे से टकराएंगे और अलग हो जाएंगे। भौतिक विज्ञानी अभी भी इन कठिनाइयों को दूर करते हैं, लेकिन बल्कि चालाक तरीकों से (जैसा कि ASACUSA CERN प्रयोगों में से एक में किया गया है)।
एंटीन्यूक्लियस के बारे में क्या जाना जाता है?
मानव जाति की सभी परमाणु-विरोधी उपलब्धियाँ केवल हाइड्रोजन-विरोधी हैं। अन्य तत्वों के प्रतिपरमाणुओं को अभी तक प्रयोगशाला में संश्लेषित नहीं किया गया है और प्रकृति में नहीं देखा गया है। कारण सरल है: एंटीप्रोटोन की तुलना में एंटीन्यूक्लियर बनाना और भी कठिन है।
एक ही तरीका है कि हम जानते हैं कि एंटीन्यूक्लियर कैसे बनाया जाता है, भारी उच्च-ऊर्जा नाभिक को धक्का देना और देखें कि क्या होता है। यदि टक्कर ऊर्जा अधिक है, तो इसमें हजारों कण पैदा होंगे और एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन सहित सभी दिशाओं में बिखर जाएंगे। एक ही दिशा में बेतरतीब ढंग से बेदखल किए गए एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ मिलकर एक एंटीन्यूक्लियस बना सकते हैं।
एलिस डिटेक्टर एक चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा रिलीज और मोड़ की दिशा के संदर्भ में विभिन्न नाभिक और एंटीन्यूक्लि के बीच अंतर करने में सक्षम है।
छवि: सर्न
विधि सरल है, लेकिन बहुत अक्षम नहीं है: इस तरह से एक नाभिक के फ्यूज़ होने की संभावना तेजी से कम हो जाती है क्योंकि न्यूक्लियंस की संख्या बढ़ जाती है। सबसे हल्का एंटीन्यूक्लि, एंटीड्यूटेरॉन, पहली बार ठीक आधी सदी पहले देखा गया था। एंटीहीलियम-3 को 1971 में देखा गया था। Antitriton और antihelium-4 भी ज्ञात हैं, और बाद वाले को हाल ही में, 2011 में खोजा गया था। भारी एंटीन्यूक्लियर अभी तक नहीं देखा गया है।
कणों के विभिन्न जोड़े के लिए न्यूक्लियॉन-न्यूक्लियॉन इंटरैक्शन (बिखरने की लंबाई f0 और प्रभावी त्रिज्या d0) का वर्णन करने वाले दो पैरामीटर। लाल तारक स्टार सहयोग द्वारा प्राप्त एंटीप्रोटोन की एक जोड़ी का परिणाम है।
दुर्भाग्य से, आप इस तरह से परमाणु-विरोधी नहीं बना सकते। Antinuclei न केवल शायद ही कभी पैदा होते हैं, बल्कि उनमें बहुत अधिक ऊर्जा भी होती है और वे सभी दिशाओं में उड़ जाते हैं। उन्हें कोलाइडर पर पकड़ने की कोशिश करना अवास्तविक है, ताकि उन्हें एक विशेष चैनल के माध्यम से दूर ले जाया जा सके और उन्हें ठंडा कर दिया जा सके।
हालांकि, कभी-कभी एंटीन्यूक्लियर के बीच अभिनय करने वाले एंटीन्यूक्लियर बलों के बारे में कुछ दिलचस्प जानकारी प्राप्त करने के लिए फ्लाई पर एंटीन्यूक्लियर को सावधानीपूर्वक ट्रैक करना पर्याप्त होता है। सबसे सरल बात यह है कि एंटीन्यूक्लि के द्रव्यमान को सावधानीपूर्वक मापें, इसकी तुलना एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से करें, और द्रव्यमान दोष की गणना करें, अर्थात। नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा। यह हाल ही में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में काम कर रहा है; एंटीड्यूटेरॉन और एंटीहेलियम -3 के लिए बाध्यकारी ऊर्जा साधारण नाभिक के साथ त्रुटि के भीतर मेल खाती है।
अमेरिकी हेवी आयन कोलाइडर आरएचआईसी में स्टार प्रयोग द्वारा एक और, अधिक सूक्ष्म प्रभाव का अध्ययन किया गया। उन्होंने उत्पादित एंटीप्रोटोन के कोणीय वितरण को मापा और यह पता लगाया कि जब दो एंटीप्रोटोन बहुत निकट दिशा में उड़ते हैं तो यह कैसे बदलता है। एंटीप्रोटोन के बीच सहसंबंधों ने पहली बार उनके बीच अभिनय करने वाले "एंटीन्यूक्लियर" बलों के गुणों को मापना संभव बना दिया (लंबाई और बातचीत की प्रभावी त्रिज्या को बिखेरना); वे प्रोटॉन की बातचीत के बारे में ज्ञात जानकारी के साथ मेल खाते हैं।
क्या अंतरिक्ष में एंटीमैटर है?
जब पॉल डिराक ने अपने सिद्धांत से पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व को घटाया, तो उन्होंने पूरी तरह से मान लिया कि अंतरिक्ष में कहीं वास्तविक विरोधी दुनिया मौजूद हो सकती है। अब हम जानते हैं कि ब्रह्मांड के दृश्य भाग में एंटीमैटर से कोई तारे, ग्रह, आकाशगंगा नहीं हैं। बात यह भी नहीं है कि विनाश-विस्फोट दिखाई नहीं दे रहे हैं। यह केवल अकल्पनीय है कि वे लगातार विकसित हो रहे ब्रह्मांड में आज तक कैसे बना और जीवित रह सकते हैं।
लेकिन सवाल "यह कैसे हुआ" आधुनिक भौतिकी का एक और बड़ा रहस्य है; वैज्ञानिक भाषा में इसे बैरियोजेनेसिस की समस्या कहते हैं। विश्व के ब्रह्माण्ड संबंधी चित्र के अनुसार, प्रारंभिक ब्रह्मांड में कणों और प्रतिकणों का समान रूप से विभाजन किया गया था। फिर, सीपी-समरूपता और बेरियन संख्या के उल्लंघन के कारण, एक छोटे से, एक अरबवें स्तर पर, गतिशील रूप से विकासशील ब्रह्मांड में एंटीमैटर से अधिक पदार्थ दिखाई देना चाहिए था। जब ब्रह्मांड ठंडा हो गया, तो सभी एंटीपार्टिकल्स कणों से नष्ट हो गए, केवल यह अतिरिक्त पदार्थ बच गया, जिसने ब्रह्मांड को जन्म दिया जिसे हम देखते हैं। यह उसकी वजह से है कि इसमें कम से कम कुछ दिलचस्प रहता है, यह उसकी वजह से है कि हम आम तौर पर मौजूद हैं। यह विषमता वास्तव में कैसे उत्पन्न हुई यह अज्ञात है। कई सिद्धांत हैं, लेकिन कौन सा सही है अज्ञात है। यह केवल स्पष्ट है कि यह निश्चित रूप से किसी प्रकार का नया भौतिकी होना चाहिए, एक सिद्धांत जो मानक मॉडल से परे है, प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित की सीमाओं से परे है।
उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणों में एंटीपार्टिकल्स कहां से आ सकते हैं, इसके लिए तीन विकल्प: 1 - वे बस एक "कॉस्मिक एक्सेलेरेटर" में प्रकट और तेज हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, एक पल्सर में; 2 - वे इंटरस्टेलर माध्यम के परमाणुओं के साथ साधारण ब्रह्मांडीय किरणों के टकराव के दौरान पैदा हो सकते हैं; 3 - ये डार्क मैटर के भारी कणों के क्षय के दौरान हो सकते हैं।
हालांकि एंटीमैटर से कोई ग्रह और तारे नहीं बने हैं, लेकिन एंटीमैटर अभी भी अंतरिक्ष में मौजूद है। विभिन्न ऊर्जाओं के पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटोन के प्रवाह को उपग्रह ब्रह्मांडीय किरण वेधशालाओं, जैसे पामेला, फर्मी, एएमएस-02 द्वारा दर्ज किया जाता है। तथ्य यह है कि पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटोन अंतरिक्ष से हमारे पास आते हैं, इसका मतलब है कि वे कहीं पैदा हुए हैं। उच्च-ऊर्जा प्रक्रियाएं जो उन्हें जन्म दे सकती हैं, उन्हें सिद्धांत रूप में जाना जाता है: ये न्यूट्रॉन सितारों के अत्यधिक चुंबकीय पड़ोस हैं, विभिन्न विस्फोट, इंटरस्टेलर माध्यम में शॉक वेव मोर्चों पर ब्रह्मांडीय किरणों का त्वरण, और इसी तरह। सवाल यह है कि क्या वे ब्रह्मांडीय एंटीपार्टिकल्स के प्रवाह के सभी देखे गए गुणों की व्याख्या कर सकते हैं। यदि यह पता चलता है कि वे नहीं हैं, तो यह इस तथ्य के पक्ष में प्रमाण होगा कि उनमें से कुछ डार्क मैटर कणों के क्षय या विनाश के दौरान उत्पन्न होते हैं।
यहाँ भी एक रहस्य है। 2008 में, PAMELA वेधशाला ने सैद्धांतिक सिमुलेशन की भविष्यवाणी की तुलना में संदिग्ध रूप से बड़ी संख्या में उच्च-ऊर्जा पॉज़िट्रॉन का पता लगाया। इस परिणाम की पुष्टि हाल ही में AMS-02 इंस्टॉलेशन द्वारा की गई थी - अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के मॉड्यूल में से एक और सामान्य तौर पर अंतरिक्ष में लॉन्च किया गया सबसे बड़ा प्राथमिक कण डिटेक्टर (और इकट्ठे अनुमान कहाँ? - सही, सर्न में)। पॉज़िट्रॉन की यह अधिकता सिद्धांतकारों के दिमाग को उत्तेजित करती है - आखिरकार, यह "उबाऊ" खगोलीय वस्तुएं नहीं हो सकती हैं जो इसके लिए जिम्मेदार हैं, लेकिन डार्क मैटर के भारी कण जो इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन में क्षय या विनाश करते हैं। अभी तक कोई स्पष्टता नहीं है, लेकिन AMS-02 सुविधा के साथ-साथ कई महत्वपूर्ण भौतिक विज्ञानी इस घटना का बहुत ध्यान से अध्ययन कर रहे हैं।
विभिन्न ऊर्जाओं की ब्रह्मांडीय किरणों में एंटीप्रोटोन और प्रोटॉन का अनुपात। अंक - प्रयोगात्मक डेटा, बहुरंगी वक्र - विभिन्न त्रुटियों के साथ खगोल भौतिक अपेक्षाएं।
छवि: कॉर्नेल विश्वविद्यालय पुस्तकालय
एंटीप्रोटॉन के साथ स्थिति भी स्पष्ट नहीं है। इस साल अप्रैल में, AMS-02 ने एक विशेष वैज्ञानिक सम्मेलन में एक नए शोध चक्र के प्रारंभिक परिणाम प्रस्तुत किए। रिपोर्ट का मुख्य आकर्षण यह दावा था कि AMS-02 में बहुत अधिक उच्च-ऊर्जा एंटीप्रोटोन दिखाई देते हैं - और यह डार्क मैटर कणों के क्षय का संकेत भी हो सकता है। हालांकि, अन्य भौतिक विज्ञानी इस तरह के जोरदार निष्कर्ष से सहमत नहीं हैं। अब यह माना जाता है कि AMS-02 एंटीप्रोटॉन डेटा, कुछ खिंचाव के साथ, पारंपरिक ज्योतिषीय स्रोतों द्वारा भी समझाया जा सकता है। एक तरह से या किसी अन्य, हर कोई नए AMS-02 पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटॉन डेटा की प्रतीक्षा कर रहा है।
AMS-02 ने पहले ही लाखों पॉज़िट्रॉन और सवा लाख एंटीप्रोटोन पंजीकृत कर लिए हैं। लेकिन इस स्थापना के रचनाकारों का एक उज्ज्वल सपना है - कम से कम एक एंटी-कर्नेल को पकड़ने के लिए। यह एक वास्तविक अनुभूति होगी - यह बिल्कुल अविश्वसनीय है कि एंटीन्यूक्लियर अंतरिक्ष में कहीं पैदा होगा और हमारे लिए उड़ान भरेगा। अभी तक ऐसा कोई मामला सामने नहीं आया है, लेकिन आंकड़ों का संग्रह जारी है, और कौन जाने प्रकृति हमारे लिए क्या आश्चर्य तैयार कर रही है।
एंटीमैटर - एंटीग्रैविटी? वह गुरुत्वाकर्षण को भी कैसे महसूस करती है?
यदि हम केवल प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध भौतिकी पर भरोसा करते हैं और विदेशी, अभी तक पुष्टि किए गए सिद्धांतों में नहीं जाते हैं, तो गुरुत्वाकर्षण को एंटीमैटर पर उसी तरह कार्य करना चाहिए जैसे पदार्थ पर। एंटीमैटर के लिए कोई एंटीग्रैविटी अपेक्षित नहीं है। यदि हम स्वयं को ज्ञात से थोड़ा आगे देखने की अनुमति देते हैं, तो विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक रूप से संभव विकल्प तब होते हैं, जब सामान्य सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा, कुछ अतिरिक्त होता है जो पदार्थ और एंटीमैटर पर अलग तरह से कार्य करता है। यह संभावना कितनी भी भ्रामक क्यों न लगे, इसे प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित करने की आवश्यकता है, और इसके लिए यह परीक्षण करने के लिए प्रयोग स्थापित करना आवश्यक है कि एंटीमैटर पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण को कैसे महसूस करता है।
लंबे समय तक ऐसा करना वास्तव में साधारण कारण से संभव नहीं था कि इसके लिए एंटीमैटर के अलग-अलग परमाणु बनाना, उन्हें फंसाना और उनके साथ प्रयोग करना आवश्यक है। अब उन्होंने सीख लिया है कि यह कैसे करना है, इसलिए लंबे समय से प्रतीक्षित परीक्षा नजदीक है।
परिणामों का मुख्य आपूर्तिकर्ता वही सर्न है जो एंटीमैटर के अध्ययन के लिए अपने व्यापक कार्यक्रम के साथ है। इनमें से कुछ प्रयोगों ने पहले ही अप्रत्यक्ष रूप से सत्यापित कर दिया है कि एंटीमैटर का गुरुत्वाकर्षण ठीक है। उदाहरण के लिए, उन्होंने पाया कि एंटीप्रोटोन का (जड़त्वीय) द्रव्यमान बहुत उच्च सटीकता के साथ प्रोटॉन के द्रव्यमान के साथ मेल खाता है। यदि गुरुत्वाकर्षण ने एंटीप्रोटोन पर अलग तरह से काम किया होता, तो भौतिकविदों ने अंतर देखा होगा - आखिरकार, तुलना एक ही सेटअप में और समान परिस्थितियों में की गई थी। इस प्रयोग का परिणाम: एंटीप्रोटोन पर गुरुत्वाकर्षण का प्रभाव एक मिलियन से बेहतर सटीकता के साथ प्रोटॉन पर प्रभाव के साथ मेल खाता है।
हालाँकि, यह माप अप्रत्यक्ष है। अधिक अनुनय के लिए, मैं एक सीधा प्रयोग करना चाहूंगा: एंटीमैटर के कुछ परमाणु लें, उन्हें गिराएं और देखें कि वे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में कैसे गिरते हैं। सर्न में भी ऐसे प्रयोग किए जा रहे हैं या तैयार किए जा रहे हैं। पहला प्रयास बहुत प्रभावशाली नहीं था। 2013 में, अल्फा प्रयोग - जो तब तक पहले ही सीख चुका था कि अपने जाल में एंटीहाइड्रोजन का एक बादल कैसे रखा जाता है - ने यह निर्धारित करने की कोशिश की कि अगर जाल को बंद कर दिया गया तो एंटी-परमाणु कहाँ गिरेंगे। काश, प्रयोग की कम संवेदनशीलता के कारण, एक स्पष्ट उत्तर प्राप्त करना संभव नहीं था: बहुत कम समय बीत चुका था, विरोधी परमाणु जाल में आगे-पीछे भागे, और विनाश की चमक इधर-उधर हुई।
दो अन्य सर्न प्रयोगों: जीबीएआर और एईजीआईएस द्वारा स्थिति में मौलिक सुधार का वादा किया गया है। इन दोनों प्रयोगों का अलग-अलग तरीकों से परीक्षण किया जाएगा कि सुपरकोल्ड एंटीहाइड्रोजन का एक बादल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में कैसे गिरता है। एंटीमैटर के गुरुत्वाकर्षण त्वरण को मापने में उनकी अपेक्षित सटीकता लगभग 1% है। दोनों सुविधाएं वर्तमान में असेंबली और डिबगिंग के अधीन हैं, और मुख्य शोध 2017 में शुरू होगा, जब एडी एंटीप्रोटॉन मॉडरेटर को एक नई एलेना स्टोरेज रिंग के साथ पूरक किया जाएगा।
ठोस पदार्थ में पॉज़िट्रॉन व्यवहार के प्रकार।
छवि: प्रकृति.कॉम
यदि कोई पॉज़िट्रॉन पदार्थ से टकराता है तो क्या होता है?
एक क्वार्ट्ज सतह पर आणविक पॉज़िट्रोनियम का निर्माण।
छवि: क्लिफोर्ड एम। सुरको / परमाणु भौतिकी: एंटीमैटर सूप की एक लहर
यदि आपने इस बिंदु तक पढ़ा है, तो आप पहले से ही अच्छी तरह से जानते हैं कि जैसे ही एक एंटीमैटर कण सामान्य पदार्थ में प्रवेश करता है, विनाश होता है: कण और एंटीपार्टिकल गायब हो जाते हैं और विकिरण में बदल जाते हैं। लेकिन यह कितनी तेजी से होता है? आइए एक पॉज़िट्रॉन की कल्पना करें जो एक निर्वात से आया और एक ठोस में प्रवेश किया। क्या यह पहले परमाणु के संपर्क में आने पर नष्ट हो जाएगा? जरूरी नही! एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का विलोपन एक तात्कालिक प्रक्रिया नहीं है; इसे परमाणु पैमाने पर लंबे समय की आवश्यकता होती है। इसलिए, पॉज़िट्रॉन के पास एक उज्ज्वल और गैर-तुच्छ घटनाओं से भरा जीवन जीने का समय है।
सबसे पहले, एक पॉज़िट्रॉन एक अनाथ इलेक्ट्रॉन को उठा सकता है और एक बाध्य अवस्था, पॉज़िट्रोनियम (Ps) बना सकता है। सही स्पिन अभिविन्यास के साथ, पॉज़िट्रोनियम विनाश से पहले दसियों नैनोसेकंड तक जीवित रह सकता है। एक निरंतर पदार्थ में होने के कारण, इस दौरान परमाणुओं से लाखों बार टकराने का समय होगा, क्योंकि कमरे के तापमान पर पॉज़िट्रोनियम की तापीय गति लगभग 25 किमी / सेकंड है।
दूसरे, किसी पदार्थ में बहते समय, पॉज़िट्रोनियम सतह पर आ सकता है और वहाँ चिपक सकता है - यह परमाणुओं के सोखने का एक पॉज़िट्रॉन (या बल्कि, पॉज़िट्रोनियम) एनालॉग है। कमरे के तापमान पर, वह एक जगह नहीं बैठता है, लेकिन सक्रिय रूप से सतह पर यात्रा करता है। और अगर यह बाहरी सतह नहीं है, बल्कि नैनोमीटर के आकार का छिद्र है, तो पॉज़िट्रोनियम लंबे समय तक इसमें फंसा रहता है।
आगे। इस तरह के प्रयोगों के लिए मानक सामग्री में, झरझरा क्वार्ट्ज, छिद्रों को अलग नहीं किया जाता है, लेकिन नैनोचैनल द्वारा एक सामान्य नेटवर्क में एकजुट किया जाता है। सतह पर रेंगने वाले गर्म पॉज़िट्रोनियम के पास सैकड़ों छिद्रों की जांच करने का समय होगा। और चूंकि इस तरह के प्रयोगों में बहुत सारे पॉज़िट्रोनियम बनते हैं और उनमें से लगभग सभी छिद्रों में रेंगते हैं, जल्दी या बाद में वे एक-दूसरे पर ठोकर खाते हैं और बातचीत करते हुए, कभी-कभी वास्तविक अणु बनाते हैं - आणविक पॉज़िट्रोनियम, पीएस 2। इसके अलावा, यह अध्ययन करना पहले से ही संभव है कि पॉज़िट्रोनियम गैस कैसे व्यवहार करती है, पॉज़िट्रोनियम की कौन सी उत्तेजित अवस्थाएँ हैं, आदि। और यह मत सोचो कि यह विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक तर्क है; सभी सूचीबद्ध प्रभावों को पहले ही सत्यापित और प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन किया जा चुका है।
क्या एंटीमैटर के व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं?
बेशक। सामान्य तौर पर, कोई भी भौतिक प्रक्रिया, यदि यह हमारे सामने हमारी दुनिया का एक निश्चित नया पहलू खोलती है और इसके लिए किसी अतिरिक्त लागत की आवश्यकता नहीं होती है, तो निश्चित रूप से व्यावहारिक अनुप्रयोग मिलेगा। इसके अलावा, ऐसे अनुप्रयोग जिनका हम स्वयं अनुमान नहीं लगाते यदि हमने इस घटना के वैज्ञानिक पक्ष की खोज और अध्ययन पहले से नहीं किया होता।
एंटीपार्टिकल्स का सबसे प्रसिद्ध अनुप्रयोग पीईटी, पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी है। सामान्य तौर पर, परमाणु भौतिकी में चिकित्सा अनुप्रयोगों का एक प्रभावशाली ट्रैक रिकॉर्ड है, और एंटीपार्टिकल्स को यहां भी निष्क्रिय नहीं छोड़ा गया है। पीईटी में, एक अस्थिर आइसोटोप युक्त एक छोटी खुराक (मिनट और घंटे) और सकारात्मक बीटा क्षय के कारण क्षय होने वाली दवा की एक छोटी खुराक को रोगी के शरीर में इंजेक्ट किया जाता है। दवा वांछित ऊतकों में जमा हो जाती है, नाभिक क्षय हो जाता है और पॉज़िट्रॉन का उत्सर्जन करता है, जो आस-पास का सफाया कर देता है और एक निश्चित ऊर्जा के दो गामा क्वांटा देता है। डिटेक्टर उन्हें पंजीकृत करता है, उनके आगमन की दिशा और समय निर्धारित करता है, और उस स्थान को पुनर्स्थापित करता है जहां क्षय हुआ था। इस प्रकार, उच्च स्थानिक विभेदन और न्यूनतम विकिरण खुराक के साथ पदार्थ के वितरण का त्रि-आयामी मानचित्र बनाना संभव है।
पॉज़िट्रॉन का उपयोग सामग्री विज्ञान में भी किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, किसी पदार्थ की सरंध्रता को मापने के लिए। यदि मामला निरंतर है, तो पर्याप्त गहराई पर मामले में फंसे पॉज़िट्रॉन जल्दी से नष्ट हो जाते हैं और गामा क्वांटा उत्सर्जित करते हैं। यदि पदार्थ के अंदर नैनोपोर्स हैं, तो विनाश में देरी हो रही है क्योंकि पॉज़िट्रोनियम छिद्र की सतह पर चिपक जाता है। इस देरी को मापकर, कोई भी गैर-संपर्क और गैर-विनाशकारी विधि द्वारा किसी पदार्थ की नैनोपोरसिटी की डिग्री का पता लगा सकता है। इस तकनीक के उदाहरण के रूप में, सतह पर भाप जमा होने पर बर्फ की सबसे पतली परत में नैनोपोर्स कैसे दिखाई देते हैं और कैसे कसते हैं, इस पर हाल ही में काम किया गया है। इसी तरह का दृष्टिकोण अर्धचालक क्रिस्टल में संरचनात्मक दोषों के अध्ययन में भी काम करता है, जैसे कि रिक्तियां और अव्यवस्थाएं, और सामग्री की संरचनात्मक थकान को मापना संभव बनाता है।
एंटीप्रोटोन के लिए चिकित्सा अनुप्रयोग भी मिल सकते हैं। अब उसी CERN में ACE प्रयोग किया जा रहा है, जो जीवित कोशिकाओं पर एंटीप्रोटॉन बीम के प्रभाव का अध्ययन करता है। इसका लक्ष्य कैंसर के ट्यूमर के इलाज के लिए एंटीप्रोटोन के उपयोग की संभावनाओं का अध्ययन करना है।
किसी पदार्थ से गुजरने पर आयन बीम और एक्स-रे की ऊर्जा रिलीज।
छवि: जोहान्स गुटलेबर / सर्न
यह विचार पाठक को आदत से भयभीत कर सकता है: ऐसा कैसे, एक एंटीप्रोटॉन बीम के साथ - और एक जीवित व्यक्ति के लिए?! हाँ, और यह एक गहरे ट्यूमर का एक्स-रे करने से कहीं अधिक सुरक्षित है! विशेष रूप से चयनित ऊर्जा का एक एंटीप्रोटॉन बीम सर्जन के हाथों में एक प्रभावी उपकरण बन जाता है, जिसकी मदद से शरीर के अंदर के ट्यूमर को जलाना और आसपास के ऊतकों पर प्रभाव को कम करना संभव होता है। एक्स-रे के विपरीत, जो बीम के नीचे आने वाली हर चीज को जला देता है, भारी आवेशित कण पदार्थ के माध्यम से अपने रास्ते पर रुकने से पहले अंतिम सेंटीमीटर में ऊर्जा का बड़ा हिस्सा छोड़ते हैं। कणों की ऊर्जा को समायोजित करके, कणों के रुकने की गहराई को बदला जा सकता है; यह इस क्षेत्र पर मिलीमीटर के आकार का है कि मुख्य विकिरण प्रभाव गिरेगा।
इस तरह की प्रोटॉन बीम रेडियोथेरेपी लंबे समय से दुनिया भर के कई सुसज्जित क्लीनिकों में उपयोग की जाती रही है। हाल ही में, उनमें से कुछ आयन थेरेपी पर स्विच कर रहे हैं, जो प्रोटॉन नहीं, बल्कि कार्बन आयनों के बीम का उपयोग करता है। उनके लिए, ऊर्जा रिलीज प्रोफ़ाइल और भी अधिक विपरीत है, जिसका अर्थ है कि "चिकित्सीय प्रभाव बनाम साइड इफेक्ट" जोड़ी की प्रभावशीलता बढ़ जाती है। लेकिन लंबे समय से इस उद्देश्य के लिए एंटीप्रोटोन को भी आजमाने का प्रस्ताव दिया गया है। आखिरकार, जब वे पदार्थ में प्रवेश करते हैं, तो वे न केवल अपनी गतिज ऊर्जा को छोड़ देते हैं, बल्कि रुकने के बाद भी नष्ट हो जाते हैं - और इससे ऊर्जा की रिहाई कई गुना बढ़ जाती है। जहां यह अतिरिक्त ऊर्जा रिलीज जमा की जाती है वह एक जटिल मुद्दा है, और नैदानिक परीक्षण शुरू करने से पहले इसका सावधानीपूर्वक अध्ययन करने की आवश्यकता है।
ठीक यही ACE प्रयोग करता है। इसके दौरान, शोधकर्ता एक जीवाणु संस्कृति के साथ एक क्युवेट के माध्यम से एंटीप्रोटोन का एक बीम पास करते हैं और स्थान के आधार पर, बीम के मापदंडों और पर्यावरण की भौतिक विशेषताओं के आधार पर उनके अस्तित्व को मापते हैं। तकनीकी डेटा का यह व्यवस्थित और शायद उबाऊ संग्रह किसी भी नई तकनीक के लिए एक महत्वपूर्ण प्रारंभिक बिंदु है।
इगोर इवानोव
एंटीमैटर वह पदार्थ है जिसमें एंटीपार्टिकल्स होते हैं, यानी कण बिल्कुल समान होते हैं, लेकिन उन कणों के मूल्य और गुणों में विपरीत होते हैं, जिनमें से वे विपरीत होते हैं। प्रत्येक कण की अपनी दर्पण प्रति होती है - एक प्रतिकण। प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और के एंटीपार्टिकल्स को क्रमशः एंटीप्रोटॉन, एंटीन्यूट्रॉन और पॉज़िट्रॉन कहा जाता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, बदले में, क्वार्क नामक छोटे कणों से भी बने होते हैं। एंटीप्रोटोन और एंटीन्यूट्रॉन एंटीक्वार्क से बने होते हैं।
एंटीपार्टिकल्स अपने सामान्य पदार्थ समकक्षों के समान लेकिन विपरीत चार्ज करते हैं, लेकिन समान द्रव्यमान होते हैं और हर दूसरे तरीके से समान होते हैं। जैसा कि वैज्ञानिकों का सुझाव है, एंटीमैटर से बनी पूरी आकाशगंगाएँ हो सकती हैं। एक मत यह भी है कि ब्रह्मांड में सामान्य पदार्थ से भी अधिक एंटीमैटर हो सकता है। लेकिन हमारे आस-पास की सामान्य दुनिया की वस्तुओं की तरह, एंटीमैटर को देखना असंभव है। यह मानव आंख को दिखाई नहीं देता है।
अधिकांश खगोलविद अभी भी इस बात से सहमत हैं कि प्रकृति में अभी भी इतना या कोई एंटीमैटर नहीं है, अन्यथा, जैसा कि वे तर्क देते हैं, ब्रह्मांड में ऐसे कई स्थान होंगे जहाँ साधारण पदार्थ और एंटीमैटर आपस में टकराते हैं, जो गामा के शक्तिशाली प्रवाह के साथ होता है। उनके विनाश के कारण किरणें। विनाश ऊर्जा की रिहाई के साथ-साथ पदार्थ और एंटीमैटर के कणों का पारस्परिक विनाश है। हालांकि, ऐसा कोई क्षेत्र नहीं मिला।
एंटीमैटर की उत्पत्ति के लिए संभावित परिकल्पनाओं में से एक बिग बैंग सिद्धांत से संबंधित है। यह सिद्धांत दावा करता है कि अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु के विस्तार के परिणामस्वरूप हम सभी का जन्म हुआ। विस्फोट के बाद, समान मात्रा में पदार्थ और एंटीमैटर उत्पन्न हुए। तुरंत उनके आपसी विनाश की प्रक्रिया शुरू हुई। हालाँकि, किसी कारण से, थोड़ा और मामला था, जिसने ब्रह्मांड को उस रूप में बनाने की अनुमति दी, जिसके हम आदी हैं।
एंटीमैटर के गुणों का अध्ययन करने की क्षमता की कमी के कारण, वैज्ञानिक एंटीमैटर के निर्माण के लिए कृत्रिम तरीकों का सहारा लेते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए, विशेष वैज्ञानिक उपकरणों का उपयोग किया जाता है - कण त्वरक, जिसमें पदार्थ के परमाणुओं को प्रकाश की गति (300,000 किमी / सेकंड) के बारे में त्वरित किया जाता है। टकराने से कुछ कण नष्ट हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिकण बनते हैं, जिनसे प्रतिपदार्थ प्राप्त किया जा सकता है। एक कठिन समस्या एंटीमैटर का भंडारण है, क्योंकि साधारण पदार्थ के संपर्क में आने से एंटीमैटर नष्ट हो जाता है। ऐसा करने के लिए, एंटीमैटर के परिणामी कणों को एक निर्वात में और अंदर रखा जाता है, जो उन्हें अधर में रखता है और भंडारण की दीवारों को छूने की अनुमति नहीं देता है।
एंटीमैटर प्राप्त करने और अध्ययन करने की जटिलता के बावजूद, यह हमारे जीवन के लिए कई लाभ प्रदान कर सकता है। ये सभी इस तथ्य पर आधारित हैं कि जब एंटीमैटर पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। इसके अलावा, शामिल पदार्थ के द्रव्यमान के लिए जारी ऊर्जा का अनुपात किसी भी प्रकार या विस्फोटक से अधिक नहीं है। विनाश के परिणामस्वरूप, कोई उप-उत्पाद नहीं हैं, केवल शुद्ध ऊर्जा है। इसलिए, वैज्ञानिक पहले से ही इसके आवेदन के बारे में सपना देख रहे हैं। उदाहरण के लिए, अंतहीन संसाधन वाले एंटीमैटर के बारे में। एनीहिलेटर इंजन वाले स्पेसशिप प्रकाश की गति से लगभग हजारों प्रकाश वर्ष उड़ान भरने में सक्षम होंगे। यह सेना को परमाणु या हाइड्रोजन से कहीं अधिक विनाशकारी, एक बड़ी शक्ति बनाने का अवसर देगा। हालांकि, ये सभी सपने तब तक पूरे नहीं होंगे जब तक हम औद्योगिक पैमाने पर सस्ती एंटीमैटर का उत्पादन नहीं कर लेते।
एंटीमैटर,एक पदार्थ जिसमें परमाणु होते हैं जिनके नाभिक में एक नकारात्मक विद्युत आवेश होता है और सकारात्मक विद्युत आवेश वाले पॉज़िट्रॉन - इलेक्ट्रॉनों से घिरा होता है। साधारण पदार्थ में, जिससे हमारे चारों ओर का संसार बना है, धनावेशित नाभिक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों से घिरे होते हैं। सामान्य पदार्थ, इसे एंटीमैटर से अलग करने के लिए, कभी-कभी सह-पदार्थ (ग्रीक से। koinos- साधारण)। हालाँकि, रूसी साहित्य में इस शब्द का व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि "एंटीमैटर" शब्द पूरी तरह से सही नहीं है, क्योंकि एंटीमैटर भी मैटर है, इसकी विविधता। एंटीमैटर में समान जड़त्वीय गुण होते हैं और सामान्य पदार्थ के समान गुरुत्वाकर्षण आकर्षण पैदा करते हैं।
पदार्थ और एंटीमैटर की बात करें तो प्राथमिक (उप-परमाणु) कणों से शुरू करना तर्कसंगत है। प्रत्येक प्राथमिक कण एक प्रतिकण से मेल खाता है; दोनों में लगभग समान विशेषताएं हैं, सिवाय इसके कि उनके पास विपरीत विद्युत आवेश है। (यदि कण तटस्थ है, तो एंटीपार्टिकल भी तटस्थ है, लेकिन वे अन्य विशेषताओं में भिन्न हो सकते हैं। कुछ मामलों में, कण और एंटीपार्टिकल एक दूसरे के समान होते हैं।) इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन - एक नकारात्मक चार्ज कण - एक से मेल खाता है पॉज़िट्रॉन, और एक सकारात्मक चार्ज वाले प्रोटॉन का एंटीपार्टिकल एक नकारात्मक चार्ज एंटीप्रोटोन है। पॉज़िट्रॉन की खोज 1932 में हुई थी, और एंटीप्रोटॉन 1955 में; ये खोजे गए एंटीपार्टिकल्स में से पहले थे। एंटीपार्टिकल्स के अस्तित्व की भविष्यवाणी 1928 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी पी. डिराक द्वारा क्वांटम यांत्रिकी के आधार पर की गई थी।
जब एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन टकराते हैं, तो वे नष्ट हो जाते हैं, अर्थात। दोनों कण गायब हो जाते हैं, और दो गामा क्वांटा उनके टकराव के बिंदु से उत्सर्जित होते हैं। यदि टकराने वाले कण कम गति से चलते हैं, तो प्रत्येक गामा किरण की ऊर्जा 0.51 MeV होती है। यह ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की "विश्राम ऊर्जा" या ऊर्जा की इकाइयों में व्यक्त इसका शेष द्रव्यमान है। यदि टकराने वाले कण तेज गति से चलते हैं, तो उनकी गतिज ऊर्जा के कारण गामा किरणों की ऊर्जा अधिक होगी। विनाश तब भी होता है जब एक प्रोटॉन एक एंटीप्रोटोन से टकराता है, लेकिन इस मामले में प्रक्रिया बहुत अधिक जटिल होती है। कई अल्पकालिक कण बातचीत के मध्यवर्ती उत्पादों के रूप में पैदा होते हैं; हालाँकि, कुछ माइक्रोसेकंड के बाद, न्यूट्रिनो, गामा क्वांटा, और इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े की एक छोटी संख्या परिवर्तन के अंतिम उत्पाद के रूप में बनी रहती है। ये जोड़े अंततः नष्ट हो सकते हैं, अतिरिक्त गामा किरणें बना सकते हैं। विनाश तब भी होता है जब एक एंटीन्यूट्रॉन न्यूट्रॉन या प्रोटॉन से टकराता है।
चूंकि एंटीपार्टिकल्स मौजूद हैं, इसलिए सवाल उठता है कि क्या एंटीपार्टिकल्स से एंटीन्यूक्लि का निर्माण किया जा सकता है। साधारण पदार्थ के परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। सरलतम नाभिक साधारण हाइड्रोजन समस्थानिक 1 H का केंद्रक है; यह एक एकल प्रोटॉन है। ड्यूटेरियम न्यूक्लियस 2 एच में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है; इसे ड्यूटेरॉन कहते हैं। एक साधारण नाभिक का एक अन्य उदाहरण 3 He नाभिक है, जिसमें दो प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होते हैं। एंटीड्यूटरॉन, एक एंटीप्रोटॉन और एक एंटीन्यूट्रॉन से मिलकर, 1966 में प्रयोगशाला में प्राप्त किया गया था; दो एंटीप्रोटोन और एक एंटीन्यूट्रॉन से युक्त एंटी-3He नाभिक पहली बार 1970 में प्राप्त किया गया था।
आधुनिक प्राथमिक कण भौतिकी के अनुसार, उपयुक्त तकनीकी साधनों की उपलब्धता के साथ, सभी सामान्य नाभिकों के प्रतिकण प्राप्त करना संभव होगा। यदि ये एंटीन्यूक्लियर पॉज़िट्रॉन की उचित संख्या से घिरे होते हैं, तो वे एंटीएटम बनाते हैं। एंटी-परमाणुओं में लगभग सामान्य परमाणुओं के समान ही गुण होते हैं; वे अणु बनाएंगे, वे कार्बनिक पदार्थों सहित ठोस, तरल और गैस बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, दो एंटीप्रोटोन और एक एंटी-ऑक्सीजन न्यूक्लियस, आठ पॉज़िट्रॉन के साथ, एक पानी-विरोधी अणु बना सकते हैं, जो साधारण पानी H2O के समान होता है, जिसके प्रत्येक अणु में हाइड्रोजन नाभिक के दो प्रोटॉन, एक ऑक्सीजन नाभिक और आठ होते हैं। इलेक्ट्रॉन। आधुनिक कण सिद्धांत यह भविष्यवाणी करने में सक्षम है कि एंटी-वॉटर 0 डिग्री सेल्सियस पर जम जाएगा, 100 डिग्री सेल्सियस पर उबल जाएगा, और अन्यथा सामान्य पानी की तरह व्यवहार करेगा। इस तरह के तर्क को जारी रखते हुए, हम इस निष्कर्ष पर आ सकते हैं कि एंटीमैटर से निर्मित एंटीमैटर हमारे आस-पास की सामान्य दुनिया के समान होगा। यह निष्कर्ष इस धारणा के आधार पर एक सममित ब्रह्मांड के सिद्धांतों के लिए प्रारंभिक बिंदु के रूप में कार्य करता है कि ब्रह्मांड में समान मात्रा में सामान्य पदार्थ और एंटीमैटर हैं। हम इसके उस हिस्से में रहते हैं, जिसमें साधारण पदार्थ होता है।
यदि विपरीत प्रकार के पदार्थों के दो समान टुकड़े संपर्क में लाए जाते हैं, तो पॉज़िट्रॉन के साथ इलेक्ट्रॉनों का विनाश और एंटीन्यूक्लि के साथ नाभिक होगा। इस मामले में, गामा क्वांटा उत्पन्न होगा, जिसकी उपस्थिति से कोई भी न्याय कर सकता है कि क्या हो रहा है। चूंकि पृथ्वी, परिभाषा के अनुसार, साधारण पदार्थ से बनी है, इसमें बड़े त्वरक और कॉस्मिक किरणों में उत्पन्न होने वाले एंटीपार्टिकल्स की छोटी संख्या को छोड़कर, इसमें एंटीमैटर की कोई प्रशंसनीय मात्रा नहीं है। यही बात पूरे सौर मंडल पर लागू होती है।
टिप्पणियों से पता चलता है कि हमारी आकाशगंगा के भीतर सीमित मात्रा में गामा विकिरण होता है। इससे, कई शोधकर्ता यह निष्कर्ष निकालते हैं कि इसमें एंटीमैटर की कोई ध्यान देने योग्य मात्रा नहीं है। लेकिन यह निष्कर्ष निर्विवाद नहीं है। वर्तमान में यह निर्धारित करने का कोई तरीका नहीं है, उदाहरण के लिए, पास का कोई तारा पदार्थ या एंटीमैटर से बना है या नहीं; एक एंटीमैटर तारा एक साधारण तारे के समान ही स्पेक्ट्रम उत्सर्जित करता है। इसके अलावा, यह बहुत संभव है कि दुर्लभ पदार्थ जो तारे के चारों ओर के स्थान को भरता है और स्वयं तारे के मामले के समान होता है, विपरीत प्रकार के पदार्थ से भरे क्षेत्रों से अलग हो जाता है - बहुत पतला उच्च तापमान "लीडेनफ्रॉस्ट परतें"। इस प्रकार, कोई इंटरस्टेलर और इंटरगैलेक्टिक स्पेस की "सेलुलर" संरचना की बात कर सकता है, जिसमें प्रत्येक कोशिका में या तो पदार्थ या एंटीमैटर होता है। इस परिकल्पना को आधुनिक शोध द्वारा समर्थित किया गया है जिसमें दिखाया गया है कि मैग्नेटोस्फीयर और हेलिओस्फीयर (इंटरप्लेनेटरी स्पेस) में एक कोशिकीय संरचना होती है। अलग-अलग चुंबकीयकरण वाली और कभी-कभी अलग-अलग तापमान और घनत्व वाली कोशिकाओं को बहुत पतले करंट म्यान द्वारा अलग किया जाता है। इसलिए विरोधाभासी निष्कर्ष का अनुसरण करता है कि ये अवलोकन हमारी आकाशगंगा के भीतर भी एंटीमैटर के अस्तित्व का खंडन नहीं करते हैं।
यदि पहले एंटीमैटर के अस्तित्व के पक्ष में कोई ठोस तर्क नहीं थे, तो अब एक्स-रे और गामा-रे खगोल विज्ञान की सफलताओं ने स्थिति बदल दी है। ऊर्जा के एक विशाल और अक्सर अत्यधिक अव्यवस्थित विमोचन से जुड़ी घटना देखी गई है। सबसे अधिक संभावना है, इस तरह की ऊर्जा रिलीज का स्रोत विनाश था।
स्वीडिश भौतिक विज्ञानी ओ। क्लेन ने पदार्थ और एंटीमैटर के बीच समरूपता की परिकल्पना के आधार पर एक ब्रह्माण्ड संबंधी सिद्धांत विकसित किया, और इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि विनाश प्रक्रियाएं ब्रह्मांड के विकास और आकाशगंगाओं की संरचना के निर्माण में एक निर्णायक भूमिका निभाती हैं।
यह अधिक से अधिक स्पष्ट होता जा रहा है कि मुख्य वैकल्पिक सिद्धांत - "बिग बैंग" का सिद्धांत - अवलोकन संबंधी डेटा का गंभीरता से खंडन करता है और निकट भविष्य में ब्रह्मांड संबंधी समस्याओं को हल करने में केंद्रीय स्थान पर "सममित ब्रह्मांड विज्ञान" का कब्जा होने की संभावना है।
एंटीमैटर पूरी तरह से एंटीपार्टिकल्स से बना पदार्थ है। प्रकृति में, प्रत्येक प्राथमिक कण में एक एंटीपार्टिकल होता है।एक इलेक्ट्रॉन के लिए, यह एक पॉज़िट्रॉन होगा, और एक सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन के लिए, यह एक एंटीप्रोटोन होगा। साधारण पदार्थ के परमाणु - अन्यथा इसे कहते हैं सिक्का पदार्थइनमें एक धनावेशित नाभिक होता है जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन घूमते हैं। और एंटीमैटर परमाणुओं के ऋणात्मक आवेशित नाभिक, बदले में, एंटीइलेक्ट्रॉनों से घिरे होते हैं।
पदार्थ की संरचना को निर्धारित करने वाले बल कणों और प्रतिकणों दोनों के लिए समान होते हैं। सीधे शब्दों में कहें, कण केवल आवेश के संकेत में भिन्न होते हैं। विशेष रूप से, "एंटीमैटर" बिल्कुल सही नाम नहीं है। यह अनिवार्य रूप से सिर्फ एक प्रकार का पदार्थ है जिसमें समान गुण होते हैं और आकर्षण पैदा करने में सक्षम होते हैं।
विनाश
वास्तव में, यह एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन के टकराव की प्रक्रिया है। परिणामस्वरूप, दोनों कणों का परस्पर विनाश (विनाश) विशाल ऊर्जा के मुक्त होने के साथ होता है। 1 ग्राम एंटीमैटर का विनाश 10 किलोटन के टीएनटी चार्ज के विस्फोट के बराबर है!
संश्लेषण
1995 में, यह घोषणा की गई थी कि एंटीहाइड्रोजन के पहले नौ परमाणुओं को संश्लेषित किया गया था।वे 40 नैनोसेकंड तक जीवित रहे और ऊर्जा छोड़ते हुए मर गए। और पहले से ही 2002 में, प्राप्त परमाणुओं की संख्या सैकड़ों में थी। लेकिन सभी परिणामी एंटीपार्टिकल्स केवल नैनोसेकंड तक ही जीवित रह सकते हैं। हैड्रॉन कोलाइडर के प्रक्षेपण के साथ चीजें बदल गईं: 38 एंटीहाइड्रोजन परमाणुओं को संश्लेषित करना और उन्हें पूरे एक सेकंड के लिए पकड़ना संभव था। इस अवधि के दौरान, एंटीमैटर की संरचना का कुछ अध्ययन करना संभव हो गया। उन्होंने एक विशेष चुंबकीय जाल के निर्माण के बाद कणों को पकड़ना सीखा। इसमें वांछित प्रभाव को प्राप्त करने के लिए बहुत कम तापमान बनाया जाता है। सच है, ऐसा जाल बहुत बोझिल, जटिल और महंगा मामला है।
एस। स्नेगोव की त्रयी में "लोग देवताओं की तरह हैं", विनाश प्रक्रिया का उपयोग अंतरिक्ष उड़ानों के लिए किया जाता है। उपन्यास के नायक, इसका उपयोग करते हुए, सितारों और ग्रहों को धूल में बदल देते हैं। परंतु हमारे समय में एंटीमैटर प्राप्त करना मानवता को खिलाने की तुलना में कहीं अधिक कठिन और महंगा है।
एंटीमैटर की कीमत कितनी होती है
एक मिलीग्राम पॉज़िट्रॉन की कीमत $ 25 बिलियन होनी चाहिए। और एक ग्राम एंटीहाइड्रोजन के लिए आपको 62.5 ट्रिलियन डॉलर का भुगतान करना होगा।
इतना उदार व्यक्ति अभी तक प्रकट नहीं हुआ है कि वह एक चना का कम से कम सौवां हिस्सा खरीद सके। कणों और एंटीपार्टिकल्स के टकराव पर प्रायोगिक कार्य के लिए सामग्री प्राप्त करने के लिए एक अरबवें ग्राम के लिए कई सौ मिलियन स्विस फ़्रैंक का भुगतान करना पड़ा। अभी तक प्रकृति में ऐसा कोई पदार्थ नहीं है जो एंटीमैटर से ज्यादा महंगा हो।
लेकिन एंटीमैटर के वजन के सवाल के साथ, सब कुछ काफी सरल है। चूँकि यह अपने आवेश में ही सामान्य पदार्थ से भिन्न होता है, अन्य सभी विशेषताएँ समान होती हैं। यह पता चला है कि एक ग्राम एंटीमैटर का वजन ठीक एक ग्राम होगा।
एंटीमैटर की दुनिया
अगर हम इसे सच मान लें तो इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप पदार्थ और एंटीमैटर दोनों की बराबर मात्रा पैदा हो जानी चाहिए थी। तो हम एंटीमैटर से युक्त आस-पास की वस्तुओं का निरीक्षण क्यों नहीं करते? इसका उत्तर बहुत सरल है: दो प्रकार के पदार्थ एक साथ नहीं रह सकते। वे निश्चित रूप से एक दूसरे को रद्द कर देंगे। यह संभावना है कि आकाशगंगाएँ और यहाँ तक कि एंटीमैटर यूनिवर्स भी मौजूद हों।और हम उनमें से कुछ को भी देखते हैं। लेकिन वे वही विकिरण उत्सर्जित करते हैं, वही प्रकाश उनसे आता है, जैसे साधारण आकाशगंगाओं से। इसलिए, यह निश्चित रूप से कहना अभी भी असंभव है कि क्या कोई विश्व-विरोधी है या क्या यह एक सुंदर परी कथा है।
यह खतरनाक है?
मानव जाति ने कई उपयोगी खोजों को विनाश के साधन में बदल दिया। इस अर्थ में एंटीमैटर अपवाद नहीं हो सकता। विनाश के सिद्धांत पर आधारित एक से अधिक शक्तिशाली हथियार की अभी कल्पना नहीं की जा सकती है।शायद यह इतना बुरा नहीं है कि अब तक एंटीमैटर को निकालना और संरक्षित करना संभव नहीं है? क्या यह एक घातक घंटी नहीं होगी जिसे मानवता अपने अंतिम दिन सुनेगी?