Войти
 кварк содержание антипротона. | |
| Классификация | Антибарион |
|---|---|
| Состав | 2 верхний антикварк, 1 нижний антикварк |
| Статистика | Фермионный |
| Взаимодействия | Сильный, Слабый, Электромагнитный, Гравитация |
| Состояние | Обнаружено |
| Символ | . p. |
| Античастица | Протон |
| Обнаружен | Эмилио Сегре и Оуэн Чемберлен (1955) |
| Масса | 938,2720813 (58) МэВ / c |
| Электрический заряд | -1 e |
| Магнитный момент | -2,7928473441 (42) μN |
| Спин | ⁄2 |
| Изоспин | ⁄2 |
антипротон,. p. (произносится как p-bar) - это античастица протона . Антипротоны стабильны, но обычно они недолговечны, поскольку любое столкновение с протоном вызовет аннигилирование обеих частиц в виде всплеска энергии.
Существование антипротона с электрическим зарядом −1, противоположным электрическому заряду протона +1, было предсказано Полем Дираком в его лекции о присуждении Нобелевской премии 1933 года. Дирак получил Нобелевскую премию за публикацию в 1928 году своего уравнения Дирака, предсказывающего существование положительных и отрицательных решений уравнения энергии Эйнштейна (
Антипротон был впервые экспериментально подтвержден в 1955 году на ускорителе частиц Bevatron в Калифорнийском университете в Беркли физиками Эмилио Сегре и Оуэн Чемберлен, за что они были удостоены в 1959 г. Нобелевской премии по физике. В терминах валентных кварков антипротон состоит из двух верхних антикварков и одного нижнего антикварка (. u. . u. . d. ). Все измеренные свойства антипротона соответствуют соответствующим свойствам протона, за исключением того, что антипротон имеет электрический заряд и магнитный момент, которые противоположны таковым в протоне. Вопросы о том, чем материя отличается от антивещества, и важность антивещества для объяснения того, как наша Вселенная пережила Большой взрыв, остаются открытыми проблемами - открытыми отчасти из-за относительной редкости антивещества. в сегодняшней вселенной.
Антипротоны обнаруживаются в космических лучах на протяжении более 25 лет, сначала с помощью экспериментов на воздушном шаре, а в последнее время с помощью спутниковых детекторов. Стандартная картина их присутствия в космических лучах состоит в том, что они образуются при столкновении космических лучей протонов с ядрами в межзвездной среде в результате реакции, где A представляет собой ядро:
. p. + A →. p. +. p. +. p. + A
Вторичные антипротоны (. p.) затем распространяются через галактику, ограниченную галактическими магнитными полями. Их энергетический спектр изменяется из-за столкновений с другими атомами в межзвездной среде, и антипротоны также могут быть потеряны из-за «утечки» из галактики.
Энергетический спектр антипротонных космических лучей теперь надежно измерен и согласуется с этой стандартной картиной образования антипротонов в результате столкновений космических лучей. Эти экспериментальные измерения устанавливают верхние пределы количества антипротонов, которые могут быть произведены экзотическими способами, например, в результате аннигиляции суперсимметричных частиц темной материи в галактике или Хокинга. излучение, вызванное испарением первичных черных дыр. Это также обеспечивает нижний предел времени жизни антипротона около 1-10 миллионов лет. Поскольку время хранения антипротонов в галактике составляет около 10 миллионов лет, внутреннее время жизни распада могло бы изменить время пребывания в галактике и исказить спектр антипротонов космических лучей. Это значительно более строго, чем лучшие лабораторные измерения времени жизни антипротона:
Величина свойств антипротона, согласно симметрии CPT, точно соотносится со свойствами антипротона. протон. В частности, CPT-симметрия предсказывает, что масса и время жизни антипротона будут такими же, как и у протона, а электрический заряд и магнитный момент антипротона будут противоположны по знаку и равны по величине с протоном. CPT-симметрия является основным следствием квантовой теории поля, и никаких ее нарушений никогда не было обнаружено.
Аккумулятор антипротонов (в центре) в Фермилабе Антипротоны обычно производились в Фермилабе для операций физики коллайдера в Тэватрон, где они столкнулись с протонами. Использование антипротонов позволяет получить более высокую среднюю энергию столкновений между кварками и антикварками, чем это было бы возможно в протон-протонных столкновениях. Это связано с тем, что валентные кварки в протоне и валентные антикварки в антипротоне, как правило, несут наибольшую долю импульса протона или антипротона.
Для образования антипротонов требуется энергия, эквивалентная температура 10 триллионов K (10 K), и это не имеет тенденций происходить естественным путем. Однако в ЦЕРН протоны ускоряются в протонном синхротроне до энергии 26 G eV, а затем разбиваются о стержень из иридия. Протоны отскакивают от ядер иридия с энергией, достаточной для создания вещества. Образуется ряд частиц и античастиц, и антипротоны отделяются с помощью магнитов в вакууме.
В июле 2011 года эксперимент ASACUSA в ЦЕРНе определил, что масса антипротона равна 1836,1526736 ( 23) раз больше, чем у электрона. Это то же самое, что масса протона в пределах достоверности эксперимента.
В ходе лабораторных экспериментов было показано, что антипротоны обладают потенциалом лечения определенных видов рака с помощью аналогичного метода, используемого в настоящее время для ионной (протонной) терапии. Основное различие между антипротонной терапией и протонной терапией состоит в том, что после депонирования ионной энергии антипротон аннигилирует, выделяя дополнительную энергию в раковой области.
В октябре 2017 года ученые, работавшие над экспериментом BASE в ЦЕРН, сообщили об измерении антипротонного магнитного момента с точностью до 1,5 частей. за миллиард. Это согласуется с наиболее точным измерением магнитного момента протона (также сделанным BASE в 2014 году), которое поддерживает гипотезу симметрии CPT. Это измерение представляет собой первый случай, когда свойство антивещества известно более точно, чем эквивалентное свойство материи.
