Антипротон
 Кварковый . состав антипротона | |
| Классификация | Антибарион |
|---|---|
| Состав | 2 верхних антикварка , 1 нижний антикварк |
| Статистика | фермионный |
| Семья | Адронный |
| Взаимодействия | Сильная , слабая , электромагнитная , гравитационная. |
| Символ | п |
| Античастица | Протон |
| Теоретический | Поль Дирак (1933) |
| Обнаруженный | Эмилио Сегре и Оуэн Чемберлен (1955) |
| Масса | 1.672 621 925 95 (52) × 10 −27 kg[1] 938,272 089 43 (29) МэВ/ c 2 [2] |
| Электрический заряд | −1 и |
| Магнитный момент | −2792 847 3441 (42) мк Н [3] |
| Вращаться | 1 ⁄ 2 |
| Изоспин | − 1 ⁄ 2 |
| Антивещество |
|---|
 |
Антипротон ,
п
, (произносится как -bar ) — античастица протона p . Антипротоны стабильны, но обычно они недолговечны, поскольку любое столкновение с протоном приведет к аннигиляции обеих частиц в результате выброса энергии.
Существование антипротона с электрическим зарядом -1 е , противоположным электрическому заряду +1 е протона , было предсказано Полем Дираком в его Нобелевской лекции 1933 года. [4] Дирак получил Нобелевскую премию за публикацию в 1928 году уравнения Дирака , которое предсказало существование положительных и отрицательных решений ( уравнения энергии Эйнштейна ) и существование позитрона , аналога , электрона из антивещества с противоположными зарядом и спином .
Антипротон был впервые экспериментально подтвержден в 1955 году на Беватрон ускорителе частиц из Калифорнийского университета в Беркли , физиками Эмилио Сегре и Оуэном Чемберленом за что они были удостоены Нобелевской премии по физике 1959 года .
В терминах валентных кварков антипротон состоит из двух верхних антикварков и одного нижнего антикварка (
в
в
д
). Все измеренные свойства антипротона совпадают с соответствующими свойствами протона, за исключением того, что антипротон имеет электрический заряд и магнитный момент, противоположные свойствам протона, что и следует ожидать от эквивалента антивещества протон. Вопросы о том, чем материя отличается от антиматерии, а также о значимости антиматерии в объяснении того, как наша Вселенная пережила Большой взрыв , остаются открытыми проблемами — открытыми, отчасти из-за относительной нехватки антиматерии в сегодняшней Вселенной.
Встречаемость в природе [ править ]
Антипротоны были обнаружены в космических лучах начиная с 1979 года, сначала в ходе экспериментов на воздушных шарах, а в последнее время с помощью спутниковых детекторов. Стандартная картина их присутствия в космических лучах состоит в том, что они образуются в результате столкновений протонов космических лучей с атомными ядрами в межзвездной среде в результате реакции, где A представляет собой ядро:
п
+ А →
п
+
п
+
п
+ А
Вторичные антипротоны (
п
) затем распространяются через галактику , ограниченную галактическими магнитными полями . Их энергетический спектр модифицируется столкновениями с другими атомами межзвездной среды, а антипротоны также могут теряться при «утечке» из галактики. [5]
антипротонных космических лучей Энергетический спектр теперь надежно измерен и согласуется со стандартной картиной образования антипротонов в результате столкновений космических лучей. [5] Эти экспериментальные измерения устанавливают верхний предел количества антипротонов, которые могут быть произведены экзотическими способами, например, в результате аннигиляции суперсимметричных частиц темной материи в галактике или в результате излучения Хокинга, вызванного испарением первичных черных дыр . Это также обеспечивает нижний предел времени жизни антипротонов примерно 1–10 миллионов лет. Поскольку время галактического хранения антипротонов составляет около 10 миллионов лет, время собственного распада изменит время пребывания в галактике и исказит спектр антипротонов космических лучей. Это значительно более строго, чем лучшие лабораторные измерения времени жизни антипротона:
- Сотрудничество LEAR в ЦЕРН : 0,08 года.
- Антиводородная ловушка Пеннинга Габриэльса и др.: 0,28 года. [6]
- БАЗОВЫЙ эксперимент в ЦЕРН: 10,2 года. [7]
- APEX в Фермилабе : 50 000 лет Сотрудничество
п
→
м −
+ что-нибудь - APEX в Фермилабе: 300 000 лет Сотрудничество
п
→
и −
+
с
величина свойств антипротона Согласно предсказаниям CPT-симметрии, точно связана со свойствами протона. В частности, симметрия CPT предсказывает, что масса и время жизни антипротона будут такими же, как у протона, а электрический заряд и магнитный момент антипротона будут противоположны по знаку и равны по величине заряду и магнитному моменту протона. CPT-симметрия является основным следствием квантовой теории поля , и никаких ее нарушений никогда не было обнаружено.
Список недавних экспериментов по космических обнаружению лучей
- BESS : эксперимент на воздушном шаре, проведенный в 1993, 1995, 1997, 2000, 2002, 2004 годах (Полярный-I) и 2007 году (Полярный-II).
- КАПРИЗ: эксперимент на воздушном шаре, полет в 1994 году. [8] и 1998 год.
- HEAT: эксперимент на воздушном шаре, полет в 2000 году.
- AMS : космический эксперимент, прототип которого был запущен на космическом корабле "Шаттл" в 1998 году, предназначен для Международной космической станции , запущенной в мае 2011 года.
- ПАМЕЛА : спутниковый эксперимент по обнаружению космических лучей и антивещества из космоса, запущенный в июне 2006 года. В недавнем отчете обнаружено 28 антипротонов в Южно-Атлантической аномалии . [9]
эксперименты приложения и Современные
Производство [ править ]
Антипротоны обычно производились в Фермилабе для физических операций на коллайдере в Тэватроне , где они сталкивались с протонами. Использование антипротонов позволяет получить более высокую среднюю энергию столкновений между кварками и антикварками, чем это было бы возможно при протон-протонных столкновениях. Это происходит потому, что валентные кварки в протоне и валентные антикварки в антипротоне имеют тенденцию нести наибольшую долю импульса протона или антипротона .
Для образования антипротонов требуется энергия, эквивалентная температуре 10 триллионов К (10 13 К), и это не происходит естественным образом. Однако в ЦЕРНе протоны ускоряются в протонном синхротроне до энергии 26 ГэВ , а затем разбиваются о иридиевый стержень. Протоны отскакивают от ядер иридия с достаточной энергией для создания материи . Образуется ряд частиц и античастиц, а антипротоны отделяются с помощью магнитов в вакууме .
Измерения [ править ]
В июле 2011 года эксперимент ASACUSA что масса антипротона в 1 836,152 6736 в ЦЕРН определил , (23) раза больше массы электрона. [10] Это то же самое, что и масса протона, в пределах уровня достоверности эксперимента.
В октябре 2017 года ученые, работающие над экспериментом BASE в ЦЕРН, сообщили об измерении магнитного момента антипротона с точностью 1,5 частей на миллиард. [11] [12] Это согласуется с наиболее точными измерениями магнитного момента протона (также выполненными BASE в 2014 году), что подтверждает гипотезу CPT-симметрии. Это измерение представляет собой первый случай, когда свойство антивещества известно более точно, чем эквивалентное свойство материи.
В январе 2022 года, сравнивая отношения заряда к массе антипротона и отрицательно заряженного иона водорода, эксперимент BASE определил, что отношение заряда к массе антипротона идентично соотношению заряда к массе протона, вплоть до 16 частей на триллион. [13] [14]
Возможные применения [ править ]
В ходе лабораторных экспериментов было показано, что антипротоны могут лечить некоторые виды рака с помощью аналогичного метода, который в настоящее время используется для ионной (протонной) терапии . [15] Основное различие между антипротонной терапией и протонной терапией заключается в том, что после накопления энергии ионов антипротон аннигилирует, выделяя дополнительную энергию в раковую область.
См. также [ править ]
- Антинейтрон
- Дейтерий § Антидейтерий
- Антипротонный гелий
- Список частиц
- Переработка антиматерии
- Позитрон
Ссылки [ править ]
- ^ «Значение CODATA 2022: масса протона» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: эквивалент энергии массы протона в МэВ» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ Сморра, К.; Селлнер, С.; Борхерт, MJ; Харрингтон, Дж.А.; Хигучи, Т.; Нагахама, Х.; Танака, Т.; Мозер, А.; Шнайдер, Г.; Бохман, М.; Блаум, К.; Мацуда, Ю.; Оспелкаус, К.; Квинт, В.; Уолц, Дж.; Ямадзаки, Ю.; Улмер, С. (2017). «Измерение магнитного момента антипротона в частях на миллиард» (PDF) . Природа . 550 (7676): 371–374. Бибкод : 2017Natur.550..371S . дои : 10.1038/nature24048 . ПМИД 29052625 . S2CID 205260736 .
- ^ Дирак, Поль AM (1933). «Теория электронов и позитронов» .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кеннеди, Даллас К. (2000). Рэмси, Брайан Д.; Парнелл, Томас А. (ред.). «Антипротоны космических лучей». Труды SPIE . Детекторы гамма- и космических лучей, методы и задачи. 2806 : 113–120. arXiv : astro-ph/0003485 . дои : 10.1117/12.253971 . S2CID 16664737 .
- ^ Касо, К.; и др. (1998). «Группа данных о частицах» (PDF) . Европейский физический журнал C . 3 (1–4): 1–783. Бибкод : 1998EPJC....3....1P . CiteSeerX 10.1.1.1017.4419 . дои : 10.1007/s10052-998-0104-x . S2CID 195314526 . Архивировано из оригинала (PDF) 16 июля 2011 г. Проверено 16 марта 2008 г.
- ^ Селлнер, С.; и др. (2017). «Улучшенный предел непосредственно измеренного времени жизни антипротона» . Новый журнал физики . 19 (8): 083023. Бибкод : 2017NJPh...19h3023S . дои : 10.1088/1367-2630/aa7e73 .
- ^ «Эксперимент Черенкова по визуализации колец космических античастиц (CAPRICE)» . Университет Зигена. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 14 апреля 2022 г.
- ^ Адриан, О.; Барбарино, GC; Базилевская, Г.А.; Беллотти, Р.; Боэций, М.; Богомолов Е.А.; Бонги, М.; Бонвичини, В.; Борисов, С.; Боттай, С.; Бруно, А.; Кафанья, Ф.; Белл, Д.; Карбоне, Р.; Карлсон, П.; Казолино, М.; Кастеллини, Дж.; Совет, Л.; Паскаль, член парламента; Де Сантис, К.; Де Симоне, Н.; Хэппи, В.; Гальпер, AM; Гиллард, В.; Гришанцева Л.; Джерси, Г.; Карелин А.В.; Хеймиц, доктор медицинских наук; Колдашов С.В.; и др. (2011). «Открытие антипротонов космических лучей, захваченных в геомагнитных ловушках». Письма астрофизического журнала . 737 (2): Л29. arXiv : 1107.4882 . Бибкод : 2011ApJ...737L..29A . дои : 10.1088/2041-8205/737/2/L29 .
- ^ Хори, М.; Сотер, Анна; Барна, Дэниел; Дакс, Андреас; Хаяно, Рюго; Фридрейх, Сюзанна; Юхас, Берталан; Паск, Томас; и др. (2011). «Двухфотонная лазерная спектроскопия антипротонного гелия и соотношение масс антипротона и электрона». Природа . 475 (7357): 484–8. arXiv : 1304.4330 . дои : 10.1038/nature10260 . ПМИД 21796208 . S2CID 4376768 .
- ^ Адамсон, Аллан (19 октября 2017 г.). «Вселенная не должна существовать на самом деле: Большой взрыв произвел равное количество материи и антиматерии» . TechTimes.com . Проверено 26 октября 2017 г.
- ^ Сморра К.; и др. (20 октября 2017 г.). «Измерение магнитного момента антипротона в долях на миллиард» (PDF) . Природа . 550 (7676): 371–374. Бибкод : 2017Natur.550..371S . дои : 10.1038/nature24048 . ПМИД 29052625 . S2CID 205260736 .
- ^ «BASE открывает новые горизонты в сравнении материи и антиматерии» . ЦЕРН . Проверено 5 января 2022 г.
- ^ Борхерт, MJ; Девлин, Дж.А.; Эрлевейн, СР; Флек, М.; Харрингтон, Дж.А.; Хигучи, Т.; Латач, Б.М.; Фольксен, Ф.; Вурстен, Э.Дж.; Аббасс, Ф.; Бохман, Массачусетс (5 января 2022 г.). «Измерение отношения заряда и массы антипротона к протону с точностью 16 частей на триллион» . Природа . 601 (7891): 53–57. Бибкод : 2022Natur.601...53B . дои : 10.1038/s41586-021-04203-w . ISSN 1476-4687 . ПМИД 34987217 . S2CID 245709321 .
- ^ «Переносные антипротонные ловушки и медицинское применение» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 августа 2011 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
