18 июня 2019, вторник, 17:37
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

«Правое» и «левое» в мире элементарных частиц

 
Партнер проекта

5 сентября в рамках проекта «Публичные лекции Полит.ру» выступил доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией «физики тяжелых кварков» ИТЭФ Павел Николаевич Пахлов с лекцией на тему «Симметрия и антиматерия». Мы публикуем видеозапись и краткое резюме его выступления.

Обычно мы под симметрией понимаем геометрическую симметрию – совпадение частей фигуры относительно оси или точки. Но понятие симметрии в физике можно понимать расширенно: как неизменность физических явлений при каком-либо изменении. Эти изменения могут быть не только пространственными, но и временными. Электрический прибор будет работать, если мы включим его за тысячи километров от того места, где включали раньше. Закон Архимеда также действует на нас в ванне, как и 2200 лет назад действовал на своего первооткрывателя.

Мы привыкли определять понятия «правое» и «левое» относительно себя. Для человека, стоящего к нам лицом, то, что для нас «правое», будет «левым» и наоборот. Получатся, что «правое» и «левое» существуют для конкретного человека, а не для окружающего мира. Физические законы выполняются одинаково для движения слева направо и справа налево, волчок, раскрученный по часовой стрелке, ведет себя так же, как и тот, что запустили против часовой стрелки.

До XX века все были уверены, что при изменении пространственных координат, в том числе при зеркальном отображении, меняющем «правое» и «левое», физические процессы не меняются. Этот принцип получил название «закон сохранения пространственной четности». И механические, и электромагнитные явления ему подчинялись. Сюрприз, как это часто бывает, преподнес микромир.

В 1950-е годы физики-теоретики Ли Цзундао и Ян Чжэнин заподозрили, что при так называемых «слабых взаимодействиях», работающих при радиоактивном распаде, пространственная четность не сохраняется. Для проверки этого предположения в 1956 году был проведен эксперимент, вошедшей в историю как «эксперимент Ву». Его осуществила Ву Цзяньсюн, работавшая в США. В этом эксперименте изучался бета-распад ядер кобальта 60Co.

Чтобы выявить нарушение четности ядра кобальта ориентировали в магнитном поле. Так как тепловое движение атомов могло нарушить эту ориентацию, пришлось охладить кобальт до температуры в одну сотую кельвина – близко к абсолютному нулю, что само по себе очень сложно. При бета-распаде ядра кобальта превращались в никель с выделением электрона и нейтрино

60Co → 60Ni + e- + νe

В результате обнаружилось, что в одну сторону электронов вылетает больше, чем в другую. Если бы пространственная четность сохранялось, потоки электронов, вылетающих по направлению спина ядер кобальта и в противоположную сторону, были бы равными. Однако  оказалось, что электроны «предпочитают» лететь в сторону, противоположную направлению спина. Из этого следовало, что есть некоторое фундаментальная разница между двумя направлениями, и понятия «правое» и «левое» из относительных превратились в фундаментально различные.

Ассиметрия пространства по отношению к зеркальному отображению сильно озадачила физиков. Для восстановления порядка Лев Ландау предложил понятие комбинированной четности (CP-симметрия), которая сочетает в себе симметрию в пространственном положении частицы (P) и симметрию относительно знака (С), заменяющую частицы на античастицы. В результате мир элементарных частиц, потеряв С-симметрию и Р-симметрию, всё-таки оставался симметричным относительно СР-операций.

Но, как оказалось, нашли элементарные частицы, для которых нарушается и CP-симметрия. В 1964 году Джеймс Кронин и Вэл Фитч обнаружили это нарушение при распаде нейтральных К0-мезонов. К0-мезон распадается на два пи-мезона с испусканием позитронов чаще, чем с испусканием электронов. Разница в частоте составляет лишь 0,3%, но это явно указывает на нарушение СР-симметрии.

А. Д. Сахаров в 1968 году предположил, что именно это нарушение СР-симметрии сделало возможным существование нашего мира. Ведь, согласно стандартной модели возникновения Вселенной, после Большого взрыва образовалось равное количество материи и антиматерии, что в дальнейшем должно было бы привести к взаимной аннигиляции и переходу всей материи в энергию. Однако мир: галактики, звезды, планеты, люди, атомы – существует, значит, вещества почему-то стало больше, чем антивещества. Сахаров выдвинул гипотезу, что из-за несимметричности частиц становилось больше, а античастиц меньше, что и повлекло за собой существование вселенной.

В лекции Павел Пахлов обратил внимание слушателей на интересное явление в психологии восприятия. Симметрия для нас – признак красоты. Но если мы сгенерируем при помощи компьютера абсолютно симметричное лицо человека, оно покажется нам неествественным и некрасивым. Симметрия лица кажется нам красивой, лишь когда она слегка нарушена. Ученый предложил аналогию этого с миром физических явлений. В природе чаще всего царит симметрия, однако, возможно, существование мира в том виде, в каком мы его знаем, возможно лишь потому, что эта в некоторых случаях эта симметрия нарушается.

О симметрии в мире элементарных частиц, ее нарушении, решенных и еще нерешенных вопросах, которые это нарушение вызывает, об антиматерии и том, как ее добывают, вы можете подробнее узнать из видеоверсии лекции П. Н. Пахлова.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.