?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Примерно месяц назад группа ученых (один из которых – выпускник Физтеха) из крохотного института нанофизики Кавли в Голландии объявила о сенсационном обнаружении фермионов Майорана. Я бы и не обратил на это внимание, если бы пресса не использовала этот повод, чтобы объявить, что это открытие приблизило разгадку тайны темной материи во вселенной и происхождения жизни вообще.


Конец 20-х – начало 30-х годов прошлого столетия – необычное время. Поль Дирак пишет абстрактное уравнение для частиц со спином ½ (фермионов) из которого следует решение для анти-фермионов. Из элементарных частиц фермионов в то время был известен один только электрон, и никаких «анти-электронов» не было. Известно, что когда П. Дирак опубликовал знаменитое уравнение, то Л. Ландау ёрничал: «Дирак-дурак, Дирак-дурак». Хорошо, что Дирак жил в Копенгагене, а не в Москве, иначе вряд ли он решился опубликовать свою работу . Анти-электрон (позитрон) был экспериментально обнаружен при наблюдении космического излучения только пять лет спустя. Этторе Майорана примерно в это же время пишет альтернативное уравнение для фермионов, из которого никаких особых античастиц не следует, т.е. частица и ее античастица суть одно и то же. Одновременно с этим возникает предположение о существовании нейтральных фермионов (нейтрино), которые, в принципе, могли бы сыграть роль частиц из уравнения Майорана. Но, какую роль играют нейтрино науке даже сегодня неизвестно. В скором времени сам Этторе Майорана исчезает таинственным образом, и тайна его исчезновения так же до сих пор не разгадана.


В природе хорошо известны случаи, когда у частиц нет античастиц, или проще говоря, частица и ее античастица неразличимы, например, квант света. Но, все эти случаи не относятся к фермионам. Существует гипотеза, что у кванта света есть нейтральный партнер, имеющий большую массу и спин ½, с которым связывают существование темной материи во вселенной. Такая частица естественно описывалась бы уравнением Майорана, но она тоже до сих пор не обнаружена. Т.е., кандидатов на уравнение Майорана пока не было обнаружено.


Что же было обнаружено в институте Кавли в Голландии? (кстати, сам Фред Кавли также родился в конце 20-х годов прошлого века.) На границе сверхпроводника и изолятора при определенных условиях возникает коллективное движение пар электронов и положительных «дырок». Последние рассматриваются в кристаллической решетке в качестве анти-электронов (ни о каких позитронах речи здесь нет). Самый простой пример – дырка и два спаренных электрона живут половину времени вместе, в сумме представляя из себя один электрон, а другую половину времени дырка живет самостоятельно. Таким образом, это новообразование - не то дырка, не то электрон. В среднем заряд равен нулю. Это и частицей-то не назовёшь, а тем более античастицей. Возникает состояние, которое формально описывается уравнением Майорана. Взаимодействие такого состояния с налетающими на него электронами имеет специфические свойства, изучением которых и занималась группа ученых из института нанофизики Кавли.


В огороде бузина, а в Киеве дядька. Волновые коллективные явления в условиях взаимодействия со сложной кристаллической структурой могут приводить к образованию таких «квази-частиц», которые в природе никогда не встречаются, например, обсуждавшиеся недавно фотоны и электроны с угловым моментом в сотни единиц. Только к природе темной материи это имеет весьма отдаленное отношение, хотя само по себе весьма любопытно.

Comments

( 16 comments — Leave a comment )
thrasymedes
May. 30th, 2012 07:39 am (UTC)
Я всегда полагал что античастицы бывают у заряженных частиц и не бывают у незаряженных. На самом деле все не так ?
afrikanbo
May. 30th, 2012 07:43 am (UTC)
Конечно! нейтрон - антинейтрон, нейтрино-антинейтрино (правда, последнее до конца не выяснено, но традиционная наука считает, что у нейтрино есть античастица)
thrasymedes
May. 30th, 2012 07:53 am (UTC)
Как выглядит правильный критерий ?
afrikanbo
May. 30th, 2012 08:27 am (UTC)
Критерий, что считать античастицей?
thrasymedes
May. 30th, 2012 08:31 am (UTC)
У каких частиц должны быть анти-, а у каких - нет ?
afrikanbo
May. 30th, 2012 08:40 am (UTC)
Априори (в случае действительно точечных элементарных частиц) это неизвестно. Мы до конца не понимаем природу фундаментальных частиц и взаимодействий. Для составных частиц более менее ясно, и то, на основе предыдущего опыта, на который позднее была надета теория. Водород - антиводород (состоящий из известных уже античастиц).
thrasymedes
May. 30th, 2012 08:55 am (UTC)
Вот так сюрприз ! Но для фермиона существование античастицы считается более вероятным ?
afrikanbo
May. 30th, 2012 09:33 am (UTC)
Нет, более вероятным не считается. Так вопрос даже не стоит. Просто так исторически сложилось еще со времен когда закон сохранения лептонного числа считался непоколебимым. А теперь интенсивно ищут безнейтринный двойной бета-распад. Если обнаружат, то будет считаться нейтрино Майорановской частицей идентичной своей античастице, если нет - Дираковской.
thrasymedes
May. 30th, 2012 09:08 am (UTC)
А более слабое утверждение - заряженная частица обязательно имеет античастицу - тоже неверно ?
afrikanbo
May. 30th, 2012 09:41 am (UTC)
Это верно (что тоже известно в первую очередь из опыта) - античастицу следует искать с той же массой, но обратным знаком заряда.
roman_rogalyov
May. 30th, 2012 09:46 am (UTC)
Для заряженной частицей мы можем обозвать античастицей объект с противоположными зарядами.

А вот когда все заряды (из известных нам) равны нулю... ситуация другая.

Дело всё в том, что определение преобразования С-чётности (преобразования, переводящего частицу в античастицу), вообще говоря, модельно зависимое. При строгом подходе к квантовой теории поля можно доказать*) существование и установить свойства так называемого преобразования СРТ - оно ОДНОВРЕМЕННО переводит частицу в античастицу, делает зеркальное отражение и изменяет ход времени. А вот способ его разделения на отдельные преобразования С (частица-античастица), Р (зеркальное отражение), Т (обращение времени) зависит от неких дополнительных предположений. Например, мы должны считать, что мир в бесконечном прошлом и мир в бесконечном будущем состоит строго из одних и тех же частиц (а с какой стати, вообще говоря? ) :-)

____________________
*) в предположении, что мир описывается какой-нибудь ЛОКАЛЬНОЙ квантовой теорией поля
roman_rogalyov
May. 30th, 2012 08:18 am (UTC)
// Примерно месяц назад группа ученых (один из которых – выпускник Физтеха) из крохотного института нанофизики Кавли в Голландии объявила...//

А ссылкой не поделитесь?
afrikanbo
May. 30th, 2012 08:27 am (UTC)
На сайте группы выложена хорошая подборка материала

http://kouwenhovenlab.tudelft.nl/press-release/

Копия оригинальной статьи - "Article in Science"
roman_rogalyov
May. 30th, 2012 09:27 am (UTC)
Спасибо!
(Deleted comment)
afrikanbo
May. 30th, 2012 09:39 am (UTC)
Пока собственно говоря ничем - природа этих явлений абсолютно непонятна.
(Deleted comment)
afrikanbo
May. 30th, 2012 09:48 am (UTC)
Это и есть решение волнового уравнения. Но для фотонов волновое уравнение не содержит мнимой части, а значит и решение не будет содержать "антифотонов" отличных от фотонов.
( 16 comments — Leave a comment )

Profile

Golden Gate
afrikanbo
Андрей Ростовцев

Latest Month

July 2014
S M T W T F S
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

Tags

Powered by LiveJournal.com
Designed by Michael Rose