Можно при абсолютном нуле «перемешать» вещество с антивеществом без аннигиляции?

Ответить
Ответить
Комментировать
1
Подписаться
2
2 ответа
Поделиться

Можно, если добавить в вопросе слово "почти" перед "Абсолютный ноль" и вспомнить, что вероятность взаимодействия элементарных частиц, в том числе и аннигиляции, характеризуется соответствующим сечением взаимодействия. 

В качестве примера рассмотрим эксперимент по достижению рекордно низкой температуры (4,5×10⁻¹⁰ K, что почти Абсолютный 0 К) атомов натрия в форме Бозе-Эйштейновского конденсата. Для деталей сюда, в MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms. Таких температур нет в естественных условиях во Вселенной. Плотность полученного конденсата была 5×10¹⁰  атомов/см³. Ультра-низкая температура для N = 2500 атомов натрия достигнута адиабатической декомпрессией посредством гравито-магнитной ловушки. 

Из зарядовой симметрии следует, что такой же эксперимент выполним и для антивещества (в нашем случае — атомы анти-натрия) при обратной полярности магнитного поля. Вопрос где и как достать анти-натрий оставим автору в качестве домашнего задания. Наша задача рассчитать темп аннигиляции вещества и антивещества, если их слить воедино соответствующим гравитo-магнитным полем. 

Длина свободного пробега (λ) в газе плотностью частиц n = 5×10¹⁶ атомов/м³ определяется из формулы λ = 1/(σn), где σ ≈ 2,3×10⁻¹⁹ м² — сечение аннигиляции натрия и анти-натрия, рассчитанное из σ = 2πr₀² для r₀≈ 1,9Å радиус атомов натрия. Подставив все числовые значения получим значение свободного пробега атомов натрия в конденсате, λ 88 м. Температура конденсата (T = 4,5×10⁻¹⁰ K) определяет порядок скоростей атомов, v 1 мм/сек. Тогда среднее время аннигиляции (время жизни) атома будет равно τ = λ/v 1 день. Для 2500 атомов натрия будет наблюдаться приблизительно 1 аннигиляция за 35 сек.

Так, использовав метод MIT и модифицировав его для анти-натрия, который предоставит автор вопроса, можно смешать вещество и антивещество и ничего особенного не произойдёт. Мешать конденсаты нужно конечно не ложечкой, а гравито-магнитными ловушками. При этом в среднем будет регистрироваться одна аннигиляция за 35 сек.

8
0
Прокомментировать
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Для начала давайте вспомним, что такое «температура» и что означает «абсолютный ноль». Температура вещества напрямую зависит от интенсивности движения частиц в нем, при абсолютном нуле все частицы должны покоиться. Уже это делает ситуацию абсолютного нуля физически невозможной, как минимум из за квантовых флуктуаций вакуума. Но допустим, на секунду, что у нас есть волшебный демон, который может для нас остановить все частицы на миг - это будет синонимично остановке всего времени, на самом деле. И вот у нас стоит время, а мы волшебной палочкой перемешиваем частицы и античастицы, но не просто перемешиваем, как чай ложкой, а размещаем их в пространстве на некотором расстоянии друг от друга, но вперемешку. Как будто бы у нас сетка с ячейками планковского размера, и мы в ячейки кладем то электрон, то позитрон. Что случится, если наш волшебный демон запустит время обратно? Электрон и позитрон имеют разные знаки электрических зарядов. Противоположные по знаку заряды притягиваются, таким образом, как только наш демон запустит время, частицы сразу же начнут двигаться, температура возрастет и довольно быстро - ведь множество частиц устремились друг к другу, а затем все они просто аннигилируют и ничего не останется, только вспышка света, потому что позитрон и электрон аннигилируют, образуя фотоны.

Из описания видно, что какие-то наносекунды эта смесь будет существовать - более того, при дополнительных условиях можно создавать такие системы из вещества и антивещества, которые будут стабильны какое-то время.

Nikita K.отвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
5
-3
Прокомментировать
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью