антивещество

АНТИВЕЩЕСТВО - материя, состоящая из античастиц. Ядра атомов А. "построены" из антинуклонов, а внеш. оболочка - из позитронов .Возможность существования А. следует из инвариантности законов природы относительно преобразования CPT (см. Теорема CPT). Вследствие инвариантности сильного взаимодействия относительно зарядового сопряжения (С-инвариантности) ядерное взаимодействие между антинуклонами в точности совпадает с соответствующим взаимодействием между нуклонами, что обеспечивает существование ядер из антинуклонов ("антиядер"). Антиядра обладают массой и энергетич. спектром такими же, как у ядер, состоящих из соответствующих нуклонов.

Электрич. заряды и магн. моменты антиядер равны по величине и противоположны по знаку электрич. зарядам и магн. моментам соответствующих ядер. Вследствие С-инвариантности эл--магн. взаимодействия эл--магн. переходы в ядрах вещества и А. совпадают. Эл--магн. взаимодействие позитронов и ядер А. должно приводить к образованию связанных состояний - атомов А., причём атомы А. и вещества должны иметь идентичную структуру. Вследствие СP-инвариантности слабого взаимодействия обусловленное им смешивание атомных или ядерных состояний с противоположной чётностью одинаково для вещества и А.

Столкновение объекта, состоящего из вещества, с объектом из А. приводит к аннигиляции входящих в их состав частиц и античастиц. Аннигиляция медленных электронов и позитронов ведёт к образованию -квантов, а аннигиляция медленных нуклонов и антинуклонов - к образованию неск. -мезонов. В результате последующих распадов -мезонов образуется жёсткое -излучение с энергией -квантов МэВ.

Атомы А. пока не наблюдались. В экспериментах на ускорителях были зарегистрированы события образования лёгких антиядер в столкновениях адронов. В 1965 группа амер. физиков под руководством Л. M. Ледер-мана (L. M. Lederman) наблюдала события образования ядер антидейтерия, в 1970 на протонном синхротроне Ин-та физики высоких энергий в Протвино (близ г, Серпухов) группа сов. физиков под руководством Ю. Д. Прокошкина зарегистрировала неск. событий образования ядер антигелия-3.

На Земле, в Солнечной системе и в непосредственно окружающем Солнечную систему космич. пространстве отсутствует сколько-нибудь заметное кол-во А. Наблюдаемые в космич. лучах позитроны и антипротоны можно объяснить их рождением при столкновениях частиц высоких энергий без привлечения гипотез о существовании макроскопич. областей А. В пользу этого указывает и отсутствие ядер А. в космич. лучах. Непосредств. астр. наблюдение удалённого космич. объекта из-за тождественности спектров эл--магн. излучения атомов вещества и А. не позволяет установить, состоит этот объект из вещества или А. Астр. проявления звёзд из вещества и звёзд из А. должны быть одинаковыми.

Однако при наличии звёзд из А. разл. механизмы потери массы звёздами приводили бы к появлению А. в межзвёздной среде и его аннигиляции с межзвёздным газом. Отсутствие интенсивного g-излучения, к-рое должно было бы наблюдаться при такой аннигиляции, налагает жёсткое ограничение на концентрацию А. в галактиках (меньше 10^-15 от концентрации вещества) и в скоплениях галактик (меньше 10^-0 от концентрации вещества), т. е. наблюдат. данные -астрономии указывают на отсутствие заметного кол-ва А. в окружающем нас космич. пространстве вплоть до ближайшего скопления галактик.

Необходимость объяснить отсутствие сильного смешивания вещества и А. в космич. масштабах, меньших скоплений галактик, является существ. трудностью космологич. моделей, предполагающих равное кол-во вещества и А. во Вселенной. С др. стороны, анализ космологич. следствий калибровочных теорий великого объединения взаимодействий, предсказывающих процессы с несохранением барионного числа, показывает, что неравновесные эффекты нарушения СР-инвариантности в таких процессах на очень ранних стадиях эволюции Вселенной (до первой секунды расширения) могли привести к барионной асимметрии Вселенной - к преобладанию во Вселенной вещества. Однако возможность существования макроскопич. областей А. не является пока окончательно исключённой наблюдениями. Такую возможность допускают и нек-рые модели великого объединения со спонтанным нарушением СР-инвариантности, к-рые предсказывают существование макроскопич. областей с преобладанием А.

Проверка существования звёзд из А. может быть в принципе осуществлена средствами нейтринной астрономии. Образование нейтронных звёзд сопровождается превращением электронов и протонов в нейтроны с испусканием электронных нейтрино. В звёздах из А. соответствующий процесс является источником электронных антинейтрино. Поэтому регистрация потоков ксс-мич. антинейтрино с временными и энергетич. характеристиками, ожидаемыми для потоков нейтрино, образующихся при гравитац. коллапсе в нейтронную звезду, служило бы указанием на образование антинейтронных звёзд. Более точная информация о том, происходила ли аннигиляция А. в ранней Вселенной, может быть получена из анализа её возможного влияния на хим. состав вещества, наблюдаемый в ваше время. Эксперим. базис такого анализа составляют проводимые в ЦЕРНе с 1983 эксперименты сов. и итал. учёных по исследованию взаимодействия антипротонов с лёгкими ядрами.

Лит.: Зельдович Я. В., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, M., 1975; Ограничение на количество антивещества в ранней Вселенной из данных по взаимодействию антипротонов с ⁴He, "Краткие сообщения ОИЯИ", 1985, № 6, с. 11. Steigman G., Observational tests of antimatter cosmologies, "Ann. Rev. Astr. Astroph.". 1976, v. 14, p. 339.

M. Ю. Хлопов.

   <<      Предметный указатель      >>