Proton i antiproton: pohozhie ili odinakovye?
8.10.2003 23:45 | E. E. Onishenko/scientific.ru

V ramkah sovremennyh fizicheskih predstavlenii proton i antiproton imeyut v tochnosti ravnye massy, a velichiny ih elektricheskih zaryadov otlichayutsya tol'ko znakom. No tak li eto na samom dele? Provedennye v CERNe izmereniya pozvolili uchenym iz Yaponii i Vengrii ustanovit' novyi predel na vozmozhnoe otlichie massy i zaryada protona i antiprotona.

• >> Proton i antiproton: pohozhie ili odinakovye?   (E. E. Onishenko/scientific.ru, 8.10.2003 23:45, 6.3 KBait, otvetov: 5)

  V ramkah sovremennyh fizicheskih predstavlenii proton i antiproton (to zhe spravedlivo i dlya drugih par chastica-antichastica) imeyut v tochnosti ravnye massy, a velichiny ih elektricheskih zaryadov otlichayutsya tol'ko znakom. No tak li eto na samom dele? Provedennye v CERNe izmereniya pozvolili uchenym iz Yaponii i Vengrii ustanovit' novyi predel na vozmozhnoe otlichie massy i zaryada protona i antiprotona.

  Ris.1. Shema eksperimental'noi ustanovki.

  V nastoyashee vremya chasticy i antichasticy schitayutsya ekvivalentnymi sushnostyami: predpolagaetsya, chto esli zamenit' vse chasticy na antichasticy, vmeste s tem provedya operacii prostranstvennoi inversii i obrashenie vremeni, to nikakih izmenenii v haraktere protekaniya fizicheskih processov ne proizoidet (CPT-invariantnost'), t.e., grubo govorya, nikto nichego ne zametit. V real'nosti provodit' zaryadovoe sopryazhenie i obrashat' vremya nikto, konechno, ne umeet, no eto delat' i ne nuzhno. Pomimo vsegda imeyusheisya v nashem rasporyazhenii materii, sostoyashei iz obychnyh chastic, uchenye v nastoyashee vremya umeyut sozdavat' i dostatochno bol'shie kolichestva antimaterii (sm. nashu zametku " Mnogo holodnogo antivodoroda v CERNe". Sravnenie energeticheskogo spektra atoma antivodoroda, sostoyashego iz antiprotona i pozitrona, i obychnogo atoma vodoroda, sostoyashego iz protona i elektrona, daet vozmozhnost' naiti (ili - ne naiti) razlichiya v svoistvah antimateriii materii, t.e. postavit' pod somnenie osnovopolagayushie fizicheskie teorii ili podtverdit' ih pravotu.

  Sravnenie spektrov atomov vodoroda i antivodoroda, konechno, ne edinstvennyi put' proverki ekvivalentnosti chastic i antichastic. V tom zhe CERNe s ispol'zovaniem togo zhe unikal'nogo Antiprotonnogo Zamedlitelya, pozvolyayushego na vyhode poluchat' puchki antiprotonov s energiei 5.3 MeV, v poslednie gody idut eksperimenty po izmereniyu chastot spektral'nyh perehodov atomov p^-He⁺ (etot atom sostoit iz al'fa-chasticy (yadra atoma geliya), elektrona i antiprotona). Nedavno yaponskie i vengerskie uchenye, usovershenstvovav ustanovku, smogli poluchit' novoe ogranichenie na vozmozhnoe otlichie massy i zaryada protona i antiprotona [1].

  Ris.2. Inducirovannye lazernym izlucheniem vspleski intensivnosti annigilyacii.

  V bolee rannih eksperimentah antiprotony s energiei 5.3 MeV zamedlyalis' v kriogennoi gelievoi misheni s plotnost'yu atomov geliya 10²¹ sm^-3. Stol' vysokaya plotnost', nuzhnaya dlya tormozheniya antiprotonov, privodila k nekotoromu smesheniyu chastot spektral'nyh perehodov atomov p^-He⁺ za schet stolknovenii s atomami geliya. Teper' zhe uchenye usovershenstvovali vklyuchiv v sostav eksperimental'noi ustanovki (ris.1) radiochastotnyi kvadrupol'nyi zamedlitel' (RFQD), pozvolyayushii zamedlit' chast' prohodyashih cherez nego antiprotonov (primerno 30 %) do energii poryadka 100 keV. Eto pozvolilo umen'shit' plotnost' gaza v kamere-misheni na chetyre poryadka, v rezul'tate chego sdvig chastot perehodov stal prenebrezhimo mal po sravneniyu s estetstvennoi shirinoi linii.

  Puchok nizkoenergetichnyh (menee 120 keV) antiprotonov, otklonennyi ot obshei traektorii, popadal v kameru s geliem, podderzhivaemym pri temperature menee 30 K. V kamere obrazovyvalis' atomy p^-He⁺, obladayushie dostatochno bol'shim (mikrosekundnogo diapazona) vremenem zhizni (formiruyushiesya atomy nahodyatsya v vozbuzhdennom sostoyanii s bol'shimi znacheniyami kvantovyh chisel n i l (glavnogo i orbital'nogo)). Issledovateli ispol'zovali rezonansnoe vozbuzhdenie lazerom na krasitelyah teh perehodov, pri kotoryh antiproton iz metastabil'nogo sostoyaniya perehodit v sostoyanie s malym vremenem zhizni (za schet peredachi energii elektronu (pokidayushem atom) antiproton bystro uhodit iz takogo sostoyaniya, a v obrazovavshemsya ione p^-He²⁺ ochen' bystro proishodit annigilyaciya protona i antiprotona). Rozhdavshiesya pri annigilyacii protonov i antiprotonov piony registrirovalis' cherenkovskimi detektorami, chto davalo uchenym vozmozhnost' nablyudat' vyzvannyi lazernym impul'som "vsplesk" annigilyacii (ris.2).

  Ris.3. Shema energeticheskih urovnei atomov p-4He+ i p-3He+ (dliny voln issledovannyh perehodov dany v nanometrah).

  Nemnogo menyaya chastotu lazera, issledovateli mogli ne tol'ko fiksirovat' chastotu perehoda po nablyudeniyu pika v spektrah annigilyacii, no i "propisyvat'" formu linii perehoda. Provedya eksperimenty s razlichnymi izotopami geliya (⁴He i ³He) v rabochei kamere, uchenye smogli opredelit' s vysokoi tochnost'yu chastoty 13 perehodov (ris.3). Sravnivaya eksperimental'no izmerennye chastoty perehodov s teoreticheski predskazannymi, i, znaya izmerennuyu s vysokoi tochnost'yu ciklotronnuyu chastotu antiprotona, oni ustanovili novyi predel na vozmozhnoe otlichie massy i zaryada protona i antiprotona - 10^-8, chto v shest' raz luchshe predydushego rezul'tata. Chtoby dvigat'sya dal'she, nuzhno budet ne tol'ko povysit' tochnost' eksperimental'nogo opredeleniya chastot perehodov, no i nauchit'sya ih bolee tochno rasschityvat'.

  1. M.Hori, J.Eades, R.S.Hayano et al. Phys.Rev.Lett., v.91, 123401 (2003).

• Re: Proton i antiproton: pohozhie ili odinakovye?   (S. I. Gordeev, 30.11.2010 8:40, 543 Bait) Chasticy i antichasticy , a konkretno proton i antiproton odinakovy po vsem harakteristikam. Otlichie voznikaet tol'ko v razlichii okruzhayushih sred. Esli polyarnost' chasticy i sredy sovpadayut- to eto proton po nablyudeniyu i vse nablyudaemye harakteristiki po chastote izlucheniya budut chut' vyshe.Esli zhe polyarnost' chasticy i sredy protivopolozhny - to eto antiproton, i chastoty izluchenii vo vseh nablyudeniyah antiprotona budut chut' nizhe. V konechnom schete antiproton izmenit svoyu orientaciyu i stanet protonom ili annigiliruet.
  Best regards! GSI
  
• Re: Proton i antiproton: pohozhie ili odinakovye?   (S. I. Gordeev, 30.11.2010 8:43, 543 Bait, otvetov: 3) Chasticy i antichasticy , a konkretno proton i antiproton odinakovy po vsem harakteristikam. Otlichie voznikaet tol'ko v razlichii okruzhayushih sred. Esli polyarnost' chasticy i sredy sovpadayut- to eto proton po nablyudeniyu i vse nablyudaemye harakteristiki po chastote izlucheniya budut chut' vyshe.Esli zhe polyarnost' chasticy i sredy protivopolozhny - to eto antiproton, i chastoty izluchenii vo vseh nablyudeniyah antiprotona budut chut' nizhe. V konechnom schete antiproton izmenit svoyu orientaciyu i stanet protonom ili annigiliruet.
  Best regards! GSI
  
• Re[2]: Proton i antiproton: pohozhie ili odinakovye?   (A. V. Rykov, 7.12.2010 19:09, 428 Bait, otvetov: 2)

  Uvazhaemyi Evgenii Onishenko!

  Massy materii i antimaterii rozhdayutsya odnovremenno iz struktury vakuuma. Naprimer

  m(+)=rot(deltaF) imeet uslovnyi znak (+), m(-)=-rot(deltaF) imeet uslovnyi znak (-). Estestvenno, pri vstreche eti massy annigiliruyut, obrashayas' v nevozmushennuyu velichinu F. Tochnoe izlozhenie est' v moei knige "Vakuum i veshestvo Vselennoi".

• Re[3]: Proton i antiproton: pohozhie ili odinakovye?   (V. V. Komogorov, 9.12.2010 16:55, 1.1 KBait, otvetov: 1) Dumaetsya, nado opredelit'sya, chto takoe, zaryad? Matematik, stavya na liste tochechku, govorit elektron. Fizik, razglyadyvaya snimok, govorit chastica. Beseduya, prekrasno ponimayut drug druga. U nas primerno takoe zhe otnoshenie k zaryadu, kak ko vzryvu: gde-to tam, v glubine dushi, ponimaem, chto deistvuyut dve sily (temperatura i davlenie), no vosprinimaem posledstviya, kak ot edinoi sily. Dlya menya (poluchivshego tehnicheskoe obrazovanie) zaryad, prezhde vsego informaciya o prisutstvii energii (signala). I kak lyubaya informaciya, imeet vid (formu) i nositel' informacii. Govorya ob elektrone, kak o chastice, tak ili inache, podrazumevayutsya dve harakteristiki vidimogo yavleniya. Rozhdenie elektrona nel'zya rassmatrivat' kak samostoyatel'noe yavlenie bez pozitrona. Ved' sama mysl' ob anti materii, ne razumna. Chitaesh', divu daesh'sya: poluchili, anti materiyu! eto kak? Kakimi anti glazami vy ee videli? Anti protivopolozhnoe, i znak minus mozhno postavit', tol'ko pomnit' nado: protivopolozhnoe eto polozhenie, a minus uslovnost', poyavivshayasya snachala u prodavcov, tak zapisyvalas' summa dolga. Dolg platezhom krasen.
• Re[4]: Proton i antiproton: pohozhie ili odinakovye?   (s. a. veprev, 16.12.2010 11:26, 931 Bait) Po logike, konechno, naprashivaetsya chto chastica i antichastica kak predmet i ego zerkal'noe otobrazhenie. No mozhet pri y + y = p(+) + p(-) rozhdaetsya chto-to eshe. I raznicu v massah, narushenie simmetrii, mozhno ob'yasnit' rozhdeniem dr. chasticy, kak v 20-m veke predskazali neitrino. Vozmozhno chastica i antichastica eto raznye sostoyaniya odnoi chasticy, kak v sluchae s protonom i neitronom. Massa ih razlichna, no v yadre oni rassmatrivayutsya kak odna chastica - nuklon, v raznyh sostoyaniyah. I, kstati, esli podtverditsya razlichie v massah chastic i antichastic, eto prol'et svet na asimmetriyu Bol'shogo vzryva v pol'zu materii, a ne antimaterii. Ved' esli massy i dr. odinakovy, to veroyatnost' rozhdeniya takih chastic v bol'shom vzryve odinakova (ravenstvo chastic i antichastic), a esli net, budut preobladat' processy rozhdeniya opredelennyh chastic, chto my i nablyudaem v nashei Vselennoi, v kotoroi chastic okazalos' bol'she, chem antichastic.