Anitimodda

Antimodda-antizarralardan tashkil topgan materiya. Antizarralarning mavjudligini dastlab 1930 yilda ingliz fizigi P. Dirak bashorat qilgan edi. Relyativistik elektron uchun Dirak tenglamasidan shunday massaga va musbat elektr zaryadiga ega bo’lgan uning o’xshashi uchun ikkinchi yechim kelib chiqqan edi. O’sha vaqtlarda musbat zaryadlangan faqat bitta zarra-proton ma’lum edi, u o’z xossalariga ko’ra elektrondan keskin farq qilar edi. Nazariyotchilar bu farqlarning turli xil izohlarini o’ylab topa boshladilar, biroq tez orada shu narsa aniqlandiki, protonning Dirak bashorat qilgan zarra bilan hech qanday aloqasi yo’q ekan. 1932 yilda musbat zaryadlangan antielyektronlarni (hozir ular pozitron deyiladi) amerikalik fizik A. Anderson kosmik nurlar tarkibida aniqladi. Bu kashfiyot Dirak nazariyasining ajoyib isboti bo’ldi.

1955 yilda Berkli (AQSh) dagi yangi tezlatkichda E.Segre, O. Chemberlen va boshqalar tezlatilgan protonlarning mis nishon yadrolari bilan to’qnashuvlari natijasida paydo bo’lgan antiprotonlarni sezishdi. Bunga qadar manfiy zaryadli protonlar kosmik nurlarda uzoq vaqt va muvaffaqiyatsiz izlandi. 1956 yilda antineyron ham kashf etildi. Hozir juda ko’p zarralar ma’lum bo’lib, ularning deyarli hammasining mos antizarralari bor.

Zarralar va antizarralarning massalari, yashash vaqti, spini bir xil, lekin hamma zaryadlarning: elektr, barion (Proton), lepton (Leptonlar) va h.k. zaryadlarining ishoralari bilan farq qiladi. Bu maydon kvant nazariyasining umumiy printsiplaridan kelib chiqadi ( Kvant mexanika) ) va ishonchli eksperimental ma’lumotlar bilan tasdiqlanadi.

Hozirgi zamon nuqati nazaridan elementlar zarralar ikki guruhga ajraladi. Ulardan birinchisi-yarim butun spinli zarralar: zaryadlangan e^- μ^- τ^- leptonlar, ularga mos neytrino, va u, d, s, c, b, t kvarklar. Bu zarralarning hammasi antizarraga ham egadir. Ikkinchi gruppa bu o’zaro ta’sirlarni eltuvchi butun spinli maydon kvantlari: foton, kuchsiz o’zaro ta’sirning oraliq bozonlari, kuchli o’zaro ta’sirlar glyuonlari. Ularning ba’zilari haqiqiy neytral (γ,Z⁰), ya’ni hamma kvant sonlari nolga teng va ular o’zlarining antizarralariga o’xshash; boshqalari (W⁺, W^-) ham zarra-antizarra juftini tashkil etadi. Endi uchta kvarkdan tashkil topgan hamma barionlar antizarralarga ega bo’lishini ko’rish oson, masalan: neytronning tarkibi (udd), antineytronniki-(ûdd). Mezonlar kvark va antikvarkdan tashkil topgan va umuman aytganda, ular ham antizarraga ega, masalan: π^- mezon (du) kvarklardan, π⁺ mezon esa (du) kvarklardan tashkil topgan. SHu bilan birga kvarklarni antikvarklarga almashtirishga nisbatan simmetrik bo’lgan mezonlar ham bir (masalan, p⁰, ρ η-mezonlar, unga uu, dd va ss kvarklar jufti kiradi); bunday mezonlar haqiqiy neytral bo’ladi (Adronlar)

Zarra va antizarralarning o’ziga xos xususiyati-to’qnashishganda ularning annigilyatsiyalanishidir. Dirak elektronlar va pozitrolarning fotonlarga annigilyalanishini oldindan aytib bergan edi: e^-+ e⁺→ γ+γ. Annigilyatsiya jarayonlari energiya, impulsi, elektr zaryad va hokazolar saqlangan holda o’tadi, albatta. Bunday faqat fotonlargina emas, balki boshqa zarralar ham hosil bo’lishi mumkin; turli xil zaryadlarning saqlanish qonuni tufayli bir vaqtda mos antizarra ham hosil bo’lishi mumkinligi aniq. Bunga elektron va pozitronni myuonlar juftiga annigilyatsiyalash reaktsiyasi: e^-+ e⁺→ μ^-μ⁺+ misolidir. bunday reaktsiyalarda «maftun» va «ajoyib» zarralar kashf etilgan edi (Adronlar). Shunga o’xshash e^-+e⁺→ τ^- + τ₊ jarayonida og’ir τ-lepton kashf etildi (taulepon, (Leptonlar) keyingi yillarda annigilyatsiya jarayonidan mikrodunyoni tadqiq qilishning eng mukammal metodlaridan biri sifatida borgan sari ko’proq foydalanilmoqda.

Zarralarni antizarralar bilan almashtirish operatsiyasi zaryad qo’shmalash operatsiyasi nomini oldi. Haqiqiy neytral zarralar o’z antizarralariga aynan o’xshash bo’lgani uchun zaryad qo’shmalash operatsiyasida ular o’z-o’ziga o’tadi. Shuning uchun haqiqiy neytral zarralar alohida kvant soni bilan xarakterlanadi, uni zaryad juftligi deyiladi (Juftlik) va u bunday zarraning to’liq qanday tutishini ko’rsatadi. Zaryad juftligi, masalan, π⁰-mezon, η-mezon va boshqa ba’zi zarralardagi kabi musbat bo’lishi mumkin. Bu hol shu zarralarning to’lqin funktsiyasi zaryad qo’shmalashda o’zgarmasligini anglatadi. Ammo haqiqiy neytral zarralar borki, ularda zaryad juftligi manfiy, ya’ni ularning to’lqin funktsiyasi tegishli operatsiyada ishorasini o’zgartiradi. Bunday zarraga foton-elektromagnit maydonining kvanti misol bo’la oladi. Buni tushunish juda oson, chunki elektr va magnit maydonlar hamma zaryadlarning ishorasi o’zgarganda, ya’ni zaryad qo’shmalash operatsiyasida ishorasini o’zgartiradi.

Kuchli va elektromagit o’zaro ta’sirlarda zarralar va antizarralar o’rtasida to’la simmetriya mavjud: agar zarralar bilan biror jarayon sodir bo’lsa, u holda mos antizarralar bilan unga o’xshash jarayon sodir bo’lishi mumkin va u o’shanday xarakteristikalarga ega bo’ladi. Bu shunday o’zaro ta’sirlarda, xususan, haqiqiy neytral zarraning yoki zarralar sistemasining zaryad juftligi o’zgarmasligini bildiradi. Shuning uchun, masalan, musbat zaryad juftli π⁰-mezonlar elektromagnit tarzda ikkita fotonga ajraladi (ularning har birida manfiy zaryad juftligi mavjud) va uchta fotonga ajralishi mumkin emas. Keyin, protonlar va neytronlar kuchli o’zaro ta’sir tufayli yadroga bog’langani kabi, ularning mos antizarralaridan antiyadrolar tashkil topadi.

1965 yilda AQShdagi tezlatkichda antideytron (antipotron va antneytroning bog’langan holati) olindi. 1969 yili Protvinoda Yuqori energiyalar fiziklari ikkita antiproton va antineytrondan tashkil topgan antigeliy-3 yadrolarini kashf etdilar. So’ngra og’ir antivodorod-antitritiy yadrolari kashf etildi, ular bitta antiproton va ikkita antineytrondan tashkil topgan. Umuman, antiatomlarni ham, hatto antimoddaning katta to’dalarini ham tasavvur qilish mumkin. Koinotda antimodda borligining dalili modaning antimodda bilan yondoshishi sohalaridan keluvchi kuchli annigilyatsion nurlanish bo’lur edi.

Faqat 1 g modda va antimoddaning annigilyatsiyasi 10¹⁴ J energiya (E=mc² ) ajratilishiga olib keladi, bu energiya 10 kilotonnali o’rtacha atom bombasining portlashiga ekvivalentdir. Biroq astrofizika hozircha bunday ma’lumotlarga ega emas va hatto kosmik nurlarda ham antiportonlar juda kam uchraydi. Hozir Koinot asosan oddiy moddalardan tashkil topganiga hech bir shubha yo’q.

Ammo har doim shunday bo’lgan emas. Koinot rivojining ilk bosqichlarida juda katta ~10^-13> K temperaturalarda zarralar va antizarralar miqdori deyarli bir hil bo’lgan: katta miqdordagi antiprotonlarga (taxminan ularning har bir necha milliardiga) shuncha proton va yana bitta «ortiqcha» proton to’g’ri kelgan. Keyinchalik Koinotning sovushi natijasida hamma zarralar va antizarralar oxir oqibatda fotonlarni yuzaga keltirib annigilyatsiyalandi, o’tmishda juda kam bo’lgan ortiqcha zarralardan hozir bizni o’rab turgan hamma narsa paydo bo’ldi. Annigilyatsiyalangan fotonlar asta-sekin sovub, bizning kunlarga relikt nurlanish ko’rinishida yetib keldi (Astrofizika). Hozirgi zamon protonlar zichligining relikt fotonlar zichligiga nisbati (~10^-9) bizga o’tmishda zarralar antizarralardan ko’p bo’lganligi haqida ma’lumot beradi. Agar bu ortiqchalik bo’lmaganda edi, zarralar va antizarralarning to’la o’zaro annigilyatsiyasi yuz berar va natijada sovuq foton gazi bilan to’lgan juda «ma’yus» Koinot vujudga kelgan bo’lar edi.

Bu ortiqcha zarralar qaerdan kelgan? Gipotezalardan birida bunday faraz qilinadi: dastlabki holatda zarralar va antizarralar soni bir-biriga teng bo’lgan, keyin ularning o’zaro ta’sir dinamikasidagi xususiyatlar tufayli assimetriya vujudga kelgan.

Koinotda zarralar va antizarralar o’rtasida assimetriyaning vujudga kelishi haqidagi g’oya birinchi marta 1960-yillarda aytilgan edi. Biroq bunday turdagi ilmiy nazariya hozircha tugallanmagan va rivojlanish bosqichida turibdi.