Sobre el tema de la antimateria
Los electrones y antielectrones tienen la misma masa pero cargas opuestas. Lo mismo ocurre con los protones y los antiprotones. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre las propiedades de los neutrones y los antineutrones? De hecho, los experimentos con partículas han confirmado que no sólo las partículas y las antipartículas tienen cargas opuestas, sino que todas las demás propiedades pueden invertirse. Aquí discutimos el concepto de números bariónicos.
Los protones y los neutrones se denominan colectivamente nucleones. Del estudio de los fenómenos nucleares se desprende que los protones se pueden convertir en neutrones, y los neutrones también se pueden convertir en protones, pero el número total de nucleones en el sistema permanece sin cambios antes y después de la conversión. Los experimentos con partículas desde la década de 1950 han demostrado que hay muchos tipos de partículas más pesadas que los nucleones, que pertenecen a la misma categoría que los nucleones, por lo que estas partículas pasaron a denominarse bariones, siendo los nucleones solo el representante más ligero. La regla general es que cuando las partículas se transforman mediante interacciones, el número de bariones en el sistema no cambia.
Debido a que el número bariónico se conserva, no se producirá un sistema que contenga tres bariones cuando dos protones colisionen. Entonces, ¿cómo se deben producir los antinucleones? Los experimentos muestran que los antinucleones siempre se forman en pares con los nucleones en las colisiones. Por ejemplo
P P→N N N ' Algunos mesones π
Donde n representa un protón o neutrón, y n' representa un antiprotón o antiprotón. Una vez que se producen las partículas antinucleares, a menudo chocan con los núcleos cercanos y los aniquilan en pares. Por ejemplo
N N’→Algunos mesones pi
Según esta afirmación, debe haber un mundo de antimateria en algún lugar del universo. Si el mundo de antimateria existe, sólo puede existir sin encontrar materia. Energía
¿Cómo es posible que la materia y la antimateria no se combinen? ¿Dónde está la antimateria en el universo? Esto es todavía un misterio por resolver
Para los bariones, que son más pesados que los nucleones, la situación es exactamente la misma. Los antibariones siempre se crean y aniquilan en pares con bariones. Estas experiencias hicieron que la gente se diera cuenta de que es necesario volver a comprender la ley de conservación del número bariónico.
Ahora la gente considera el número bariónico b como una carga que describe las propiedades de las partículas. Los bariones positivos y negativos no solo tienen cargas opuestas, sino que también tienen números bariónicos B opuestos. Suponiendo que el número bariónico B de cualquier barión = 1, entonces cualquier antibarión B = -1. Los no bariones como los mesones, leptones y calibres no tienen bariones, es decir, B = 0. La ley de conservación del número bariónico se puede expresar como: ninguna reacción de partículas cambiará el número bariónico total b del sistema. Esta expresión no sólo refleja el número bariónico constante cuando no intervienen antipartículas, sino que también generaliza la creación y aniquilación de pares de antipartículas y partículas. Ahora podemos entender fácilmente la diferencia entre neutrones y antineutrones. Tienen números bariónicos opuestos, B, por lo que los antineutrones pueden colisionar con los nucleones y provocar la aniquilación, mientras que los neutrones no.
Además, también se descubrió la conservación del número de leptones. Aunque los neutrinos no tienen carga y no tienen número bariónico, tienen el número leptónico opuesto al de los antineutrinos. Según la conservación del número de leptones, el comportamiento físico de los neutrinos y los antineutrinos también es muy diferente. Los experimentos también muestran que el número de mesones y partículas calibre no se conserva. De esta manera, podemos ver que la carga es sólo una propiedad de las partículas, y existen otras propiedades descritas por cantidades físicas como el número bariónico y el número leptónico.
Estas propiedades de las partículas positivas y negativas también son opuestas.
En 1928, el joven físico británico Dirac demostró teóricamente por primera vez la existencia de positrones. Este positrón tiene las mismas propiedades que un electrón, excepto que sus propiedades eléctricas son opuestas a las de un electrón. En 1932, el físico estadounidense Anderson descubrió en el laboratorio el positrón predicho por Dirac. En 1955, el físico estadounidense Sikri y otros obtuvieron antiprotones artificialmente. Desde entonces, la gente se ha dado cuenta poco a poco de que no sólo los protones y los electrones, sino todas las partículas microscópicas tienen sus propias antipartículas.
Esta serie de logros científicos acerca a las personas al mundo de la antimateria. Sin embargo, el problema no es tan simple. Primero, la antimateria es difícil de encontrar en la Tierra. Debido a que las partículas se encuentran con las antipartículas, al igual que el hielo se encuentra con una bola de fuego, desaparecen juntas o se convierten en otras partículas. Entonces, en la Tierra, la antimateria será absorbida una vez que encuentre otra materia. En segundo lugar, es muy difícil y costoso crear antimateria, lo que requiere instrumentos de alta tecnología como el SSC o el LHC. Además, incluso si se crea antimateria, será difícil preservarla porque todo lo que hay en la Tierra está hecho de materia.
La materia macroscópica que nos rodea está compuesta principalmente por protones y neutrones con número bariónico positivo. Por lo tanto, dicha materia se llama materia positiva, y la materia formada por sus antipartículas se llama correspondientemente antimateria. Desde la perspectiva de la física de partículas, las propiedades de las partículas positivas y las antipartículas son casi completamente simétricas, entonces, ¿por qué hay una gran cantidad de materia positiva en la naturaleza pero casi nada de antimateria? Esto es lo que vamos a discutir ahora.
Básicamente, la antimateria es una forma invertida de materia. Einstein predijo una vez la existencia de antimateria basándose en la teoría de la relatividad: "Para una sustancia con masa m y carga e, debe haber una sustancia con masa m y carga -e (es decir, antimateria)".
¿Existe un universo de antimateria en la nave espacial de positrones imaginada por la NASA (en desarrollo)? Desde una perspectiva filosófica, esta pregunta es fácil de responder. El antiguo diagrama chino de Tai Chi parece insinuar su existencia, y algunos astrónomos también creen que es posible, pero la astronomía moderna aún no ha producido pruebas convincentes. Hay mucha gente que niega la antimateria. El cosmólogo estadounidense Schramm dijo: "La intuición de la mayoría de los teóricos es que no existe la antimateria. Esto significa que si la encuentran, es un gran descubrimiento y demuestra que estos teóricos están equivocados. Pero lo más probable es que no puedan encontrarla".
Actualmente, científicos de 16 países han participado en esta investigación realizada por Ding Zhaozhong, con una inversión de hasta 10 mil millones de dólares estadounidenses. Muchos científicos dicen que mientras se pueda descubrir la existencia de antimateria en el universo, será un merecido Premio Nobel. La sonda será lanzada en 2005 y permanecerá en el espacio para siempre. La Universidad del Sureste también establecerá un centro de análisis y recepción de datos y un centro de capacitación como proyectos de apoyo. Ting Zhaozhong cree que si la antimateria existe, puede producir una enorme energía cuando la materia y la antimateria chocan. La investigación sobre "Búsqueda de Materia Oscura y Antimateria en el Universo" que lidera actualmente se lleva a cabo desde hace muchos años y ha conseguido algunos resultados importantes. "Sin embargo, a juzgar por la historia del desarrollo de este campo, la gente debe estar preparada mentalmente. Tal vez encontremos cosas inesperadas que no tengan nada que ver con lo que originalmente queríamos estudiar", dijo con cautela Ding Zhaozhong.
A partir de la gran predicción de Laplace
Los objetos celestes tienen una gravedad enorme. Bajo la influencia de una gravedad enorme, se producirán diversas reacciones y emitirán luz y calor. Las cosas deben invertirse en sus extremos. Laplace (P?s? Laplace) predijo una vez audazmente que el cuerpo celeste más grande del universo podría ser invisible. A medida que la gravedad aumenta con la masa, el objeto se convierte en una región de la nada, sin calentar ni emitir luz. Ahora lo llamamos "agujero negro". Entonces, el universo está compuesto principalmente de materia oscura invisible o antimateria. Lo único que podemos "ver" con nuestros ojos desnudos y con instrumentos astronómicos son estructuras cósmicas en forma de estrellas o galaxias, que representan sólo el 65.438.000, el 90% de la materia del universo en forma de materia oscura u otras estructuras. Obviamente, para la materia visible, la existencia de una gran gravedad indica la existencia de materia oscura o antimateria. Pero no podemos detectarlos con luz y no podemos encontrar sus huellas con infrarrojos, ultravioleta o rayos X.
De manera similar, correspondiente al sistema de estructura de galaxias existente, ¿existe un sistema de estructura antiuniverso opuesto? De hecho, ya en 1898, un físico británico propuso que, al igual que la existencia de la materia, existe una imagen especular de la antimateria. Limitado por el nivel científico y las condiciones experimentales de la época, este concepto de antimateria no tenía base fáctica, por lo que la existencia de nebulosas cósmicas compuestas de antimateria en las profundidades del universo sólo puede ser una pura hipótesis.
En 1997, los científicos anunciaron el descubrimiento de la "fuente de plata de la antimateria", lo que conmocionó enormemente a toda la comunidad física y provocó un repentino aumento en el entusiasmo de los científicos por la búsqueda de antimateria.
El 3 de junio de 1998, el profesor Ding Zhaozhong lanzó la búsqueda de antimateria cósmica de importancia global, lo que alguna vez convirtió a este campo en el foco de atención de los científicos globales.