POSTĘPY ASTRONOMII Tom XXVI (1978). Zeszyt 4

ANTYMATERIA W LABORATORIACH I W KOSMOSIE

■

B. K U C H O W I C Z

Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego (Warszawa) Z. S T R U G A L S K I

Instytut Fizyki Politechniki Warszawskiej (Warszawa) (Referat wygłoszony na XVIII Zjeździe PTA w Olsztynie)

S t r e s z c z e n i e - W promieniowaniu kosmicznym nie zarejestrowano jeszcze ani jednego złożonego jądra, choć w laboratoriach wytworzono już antyjądra i ^He. Wynikająca z danych obserwacyjnych ocena górnej granicy dla domieszki antyjąder w promieniowaniu kosmicznym świadczy przeciwko obecności antygwiazd w naszej Galaktyce, a wraz z innymi danymi (dla promieniowania X i y ) - przeciwko obecności antymaterii w innych galaktykach w najbliższym naszym otoczeniu. Wszystko to stanowi poważny argument przeciwko symetrycznym modelom kosmologicznym.

AHTHBEIUECTBO B JIABOPATOPHAX M B KOCMOCE. E. K y x o bh <ł,|3. C t p y r a J i b C K H . C o-H e p i K a o-H o-H e — B kocmh^cckhx ny'iax nona o-He o6o-Hapy3Keo-Hbi o-Ho-HKaKo-He cnoxco-Hbie airmo-Ho-Hpa, x o ts b na6o-pa-ropH ax 06p a30BaHW aHTHHHpa 3H h

3

3bmaioT Ha OTcyTcrBHe aHTHBemecTBa b n p y r a x ran aK iH K ax b6jih3H Hac. Bce 3 to yKa3biBaeT Ha HeB03M05K- HOCTb CHMMexpHuecKHX Moneneft BceneHHofl.

ANTIMATTER IN LABORATORIES AND IN THE U N IV E R SE .S u m m a r y - No composite antinucleus has been, so far, detected in the cosmic radiation, though % and ^He antiriuclei have been produced already in la b o r a t o r ie s . Observational data provide an upper limit to the admixture of antinuclei in cosmic radiation. This upper limit points against the presence of antistars in our Galaxy. Together with other data (for X and

7

Liczba problemów, które powinny znaleźć rozwiązanie w przyszłej teorii cząstek elementarnych nie zmniejsza się wcale z upływem czasu, nowymi wynikami eksperymentalnymi i osiągnięciami teorii. Wciąż jeszcze nie jest wyjaśnione istnienie różnych oddziaływań o dość odmiennych właściwościach, a nawet nie jesteśmy pewni, czy poza znanymi rodzajami oddziaływań nie istnieją jeszcze inne, dotychczas nie wykryte. Nie można też przewidzieć, ile jeszcze cząstek elementarnych zostanie wykrytych.

Dwa najistotniejsze punkty zwrotne w teorii cząstek elementarnych w ciągu ostatnich kilkunastu lat, to wysunięcie hipotezy kwarkó.w jako podstawowych składników cząstek silnie oddziałujących (hadronów) oraz ujęcie oddziaływań elektromagnetycznych i słabych jako przejawów jakiegoś jednego oddziaływania podstawowego. Model kwarkowy wniósł ład do fizyki hadronów, a przewidywania jego potwierdzane są wciąż doświadczeniami. Mimo sporych modyfikacji jakich doznał model ten od wysunięcia go przez G e 11- - Ma n n a i Z w e i g a w latach 1 9 6 3 -1 9 6 4 , mimo zwiększenia liczby kwarków, zachowuje on dotąd swoje najbardziej podstawowe cechy. Wprawdzie swobodnych kwarków nie udało się dotąd wykryć, ale i to można uzasadnić (patrz np. artykuły przeglądowe N a m b u (1976) oraz G a j e w s k i e g o i Ś w i ę c k i e g o (1976).

2 9 4 Z pracowni i obserwatoriów

Druga obok kwarków podstawowa koncepcja teoretyczna z lat sześćdziesiątych - to jednolite ujęcie oddziaływań elektromagnetycznych i słabych jako teorii z polami cechowania ( W e i n b e r g 1967; S a 1 a m 1968). Trwają próby rozciągnięcia, tego podejścia na wszystkie oddziaływania. Z próbami tym i wiąże się nadzieja na unifikację wszystkich oddziaływań, od grawitacyjnych do silnych. (Dodajmy, że oddziaływania grawitacyjne w ujęciu einsteinowskim, czy mo?e już nawet i w teorii Einsteina-Cartana, ująć się da jako teorię cechowania (gauge theory) dla grupy Poincare’go; patrz np. przeglądowy arty k u ł H e h 1 a i in. (1976).

Chciałoby się, by naszkicowany tu nurt rozwojowy pozwolił nam w ostatecznym efekcie wyjaśnić jeden z podstawowych problemów fizyki, wyrastający na pograniczu fizyki cząstek elementarnych z kosmologią: brak symetrii materia-antymateria w otaczającym nas świecie. Wiadomo, że równania fizyki są zasadniczo symetryczne względem zamiany cząstek na odpowiednie antycząstki. Doświadczenia prowadzone przy użyciu akceleratorów aż do najwyższych energii, badania nad promieniowaniem kosmicznym itd. uczą nas, że wszystkie cząstki rodzą się w parach, prsęy czym zachowane są takie liczby kwantowe jak ładunek elektryczny Q, liczba barionowa B , liczba leptonowa L. Nie znamy ani jednego przypadku, by prawa zachowania tych liczb naruszone b y ły w procesach kreacji czy anihilacji. Czy tę symetrię cząstka-anty- cząstka, sprawdzoną dobrze w warunkach laboratoryjnych i uzasadnioną teoretycznie w ramach kwantowej teorii pola, rozciągnąć wolno na Wszechświat jako całość? Z ekstrapolacji powyższej wynikają symetryczne modele Wszechświata podawane w różnych wersjach (A 1 f v e n i K l e i n 1962; A 1 f v e n 1965; H o y l e i N a r l i k a r 1966; O m n & s 1970, 1971), z których żadna nie cieszy się szerszym uznaniem. Przeciw nim wszystkim przemawia łatw o widoczny (przy użyciu dość skomplikowanej niekiedy aparatury) brak symetrii ładunkow ej* otaczającej nas części Wszechświata. Prowadzona aktywnie w ostatnich latach eksploracja U kładu Słonecznego pozwala nam nie mieć wątpliwości co do tego, że ciała naszego Układu zbudowane są w zasadzie z cząstek elementarnych o liczbach kwantowych B > 0 i L > 0. Loty księżycowe świadczą najlepiej o tym , że Księżyc nie jest zbudowany z antym aterii, podobnie jak fakt, iż lądowniki Viking 1 i 2 nie uległy anihilacji na powierzchni Marsa wskazuje na to , że Mars jest z materii. Gdyby którakolwiek z planet zbudowana b y ła z antym aterii, wtedy w wyniku anihilacji dochodzących do niej cząstek wiatru słonecznego stałaby się najsilniejszym dostrzeganym źródłem kosmicznym promieniowania gamma.

Zanim przejdziemy do dalszych argumentów obserwacyjnych przemawiających przeciwko obecności antym aterii przynajmniej w naszej Galaktyce, podajmy jeszcze pewne heurystyczne argum enty na rzecz wyraźnego w skali makroskopowej braku symetrii między materią i antym aterią. Niejednokrotnie wyraża się przypuszczenie, iż u podstaw tego zjawiska tkwi naruszenie symetrii (nawet nieznaczne) oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych. W ciągu miliardów lat ewolucji Wszechświata takie naruszenie symetrii od­ działywań doprowadzić mogło do stanu takiego, jaki się dziś obserwuje, scharakteryzowanego wyraźnym „uprzywilejowaniem” materii. Pokreślmy jednak i to, że sama sym etria teorii nie musi przenosić się na rozwiązania. Widać to na przykładzie symetrii względem odbicia biegu czasu. Z modeli rozszerzającego się Wszechświata przez formalną zmianę t -*■ - t otrzym ać można modele kurczącego się Wszechświata, również dopuszczalne jako rozwiązanie równań Einsteina, niezgodne jednak z obserwacjami. Spośród rozwiązań równania falowego w elektrodynamice wybiera się fale wychodzące, a nie fale wchodzące ani też mieszaninę symetryczną obu tych rodzajów fal; u podstaw takiego wyboru tkwi nałożenie fizycznie sensownych warunków brzegowych.

Nie wnikając głębiej w krąg spraw związanych z symetriami i tak m odnym we współczesnej fizyce teoretycznej „sam orzutnym” ich naruszeniem, spróbujmy zakończyć ten fragment referatu taką oto ostrożną konkluzją: jeśli możliwa jest unifikacja wszystkich oddziaływań, być może na bazie teorii z cechowaniem, to najprawdopodobniej dzięki powiązaniu z grawitacją ujawnić się może zasadniczy mechanizm braku symetrii materia-antymateria we Wszechświecie.

Mówiliśmy głów nie o aspektach teoretycznych symetrii materia-antymateria. Co w kwestii tej dają wyniki obserwacji? Obszerny przegląd testów obserwacyjnych dla kosmologii symetrycznych przedstawił niedawno S t e i g m a n (1976). Jednoznaczną wymowę uzyskanych do dziś wyników obserwacyjnych, które nie potwierdzają różnych proponowanych modeli symetrycznego Wszechświata, trafnie odzwierciedla użyte przez autora przeglądu m otto: „Straszliwe tragedie nauki - to okropne morderstwa pięknych teorii do­ konane przez brzydkie fakty” . Przejdźmy do faktów.

*Mamy tu na myśli symetrię względem ładunku barionowego B i ładunku leptonowego L; dopu­ szczalna jest symetria względem ładunku elektrycznego Q.

Z pracowni i obserwatoriów

295

Obserwacje promieniowania elektromagnetycznego gwiazd nie pozwalają nam rozstrzygnąć, czy gwiazdy te zbudowane są z materii czy też z antymaterii. Spowodowane jest to bardzo „brzydką” dla nas właściwością fotonów: należą one do nielicznej grupy cząstek istotnie obojętnych, tzn. są identyczne ze swymi antycząstkami. (Dodajmy w tym miejscu, że to samo można powiedzieć jeszcze o neutralnych mezonach rr°). A ntyatom y, czyli atom y składające się z antyjądra (zawierającego antyprotony i anty- neutrony) otoczonego pow łoką pozytonową, mają widma identyczne z widmami analogicznych atomów. Jedyna szansa bezpośredniej obserwacji antygwiazd wydaje się polegać na rejestracji odpowiedniego promie­ niowania antyneutrinowego, powstającego podczas reakcji term onuklearnych, zapadania grawitacyjnego itp. Podczas gdy np. w cyklu p - p w gwieździe powstaniu jednego jądra ^He z czterech protonów towarzyszy emisja dwóch neutrin ^.analogiczny proces termonuklearny w antym aterii prowadzi do powstania dwóch antyneutrin ~v . Znając jednak trudności, z jakimi wciąż jeszcze boryka się astronomia neutrinowa najbliższej gwiazdy - Słońca ( K u c h o w i c z 1976), trudno sobie wyobrazić, by już wkrótce astronomia neutrinowa (czy antyneutrinowa) gwiazd umożliwiła rozstrzygnięcie problemu obecności antym aterii we Wszechświecie. Bezpośrednią informację o obecności antym aterii wydobyć można z obserwacji promieniowania kosmicz­ nego. Trzeba jednak przy tym pam iętać, że w oddziaływaniu pomiędzy dwiema cząstkami powstać może para cząstka-antycząstka. Jedyne w tym względzie istotne ograniczenie wynika z praw zachowania energii i pędu. Weźmy dla przykładu cząstkę o masie spoczynkowej m i energii kinetycznej E która zderza się ze spoczywającą cząstką o masie spoczynkowej m Q. Para cząstek o masie spoczynkowej M powstać może w zderzeniu ty m tylko wtedy, gdy energia kinetyczna E ^ równa jest co najmniej wartości progowej:

E = 2 Mc2 ( 1 + )

p r m Q

Najniższa w artość progowa, E ^f = 1,02 MeV, odpowiada powstaniu pary e ~ - e + w oddziaływaniu fotonu (m = 0) z jądrem. Dwukrotnie większa jest w artość progowa dla fotoprodukcji tejże pary na elektronie: Nieporównanie większa jest wartość energii progowej dla wytworzenia pary nukleon-antynukleon w zde­ rzeniu pom iędzy dwoma nukleonami. Mamy wtedy m = mQ - M i E ^ = 5,63 GeV. Jeśli nukleon trafia w jądro o liczbie masowej A > 1, wtedy para nukleon-antynukleon tw orzyć się już może przy niższej energii progowej. Ale nawet gdyby owe jądro b y ło nieskończenie ciężkie, energia progowa nigdy nie może być mniejsza od podwojonej energii spoczynkowej nukleonu, tj. wartości ok. 1,88 GeV.

Dygresja powyższa ma na celu wskazanie, że samo stwierdzenie obecności antycząstek w docierającym do nas promieniowaniu kosmicznym nie stanowi jeszcze żadnego dowodu na obecność owych antycząstek w źródfe tegoż promieniowania. Antycząstki o tak niewielkiej masie spoczynkowej jak pozytony tw orzyć się będą z łatw ością „po drodze” , na skutek oddziaływania promieniowania kosmicznego z materią między- gwiazdową. Przecież spore ilości pozytonów potrafimy w ytworzyć przy użyciu laboratoryjnych źródeł promieniowania y (o energii powyżej 1,02 MeV). Akceleratory wysokich energii służą do wytwarzania antycząstek, a nawet i złożonych antyjąder — w zderzeniach przyspieszonych protonów z jądrami atomowymi. Im wyższa energia kinetyczna (oczywiście, powyżej wartości progowej), tym większa jest wydajność powstawania par. Za przykład posłużyć mogą wyniki bombardowania tarczy węglowej pro­ tonam i różnych energii, przytoczone przez S e g r e g o (1959).

A ntyprotony są najprostszymi antyjądrami, tak więc wytworzenie ich jest znacznie łatwiejsze - zarówno ze względu na niższy próg energetyczny, jak i na wyższy przekrój czynny - niż wytworzenie cięższych antyjąder. Przy użyciu protonów przyspieszonych do energii 70 GeV w synchrotronie Instytutu Fizyki Wysokich Energii w Sierpuchowie u d ało się w ytworzyć kolejno antyjądra H (B i n o n i in, 1969), ^He (A n t i p o w i in. 1970), wreszcie % (W i s z n i e w s k i i in. 1974). W ostatnich doświadczeniach do bezpośredniej produkcji złożonych antyjąder wykorzystano wiązkę w tórną ujemnie naładow anych cząstek (pow stałych w zderzeniu wysokoenergetycznych protonów z jądrami tarczy wewnętrznej akceleratora), którą skierowano na tarczę zewnętrzną. Pęd cząstek z wiązki wtórnej w ynosił 25 GeV/c. Obok poszuki­ wanych antyjąder (dla których rejestracji przez całe lata konstruowano specjalną aparaturę) pow staw ały w znacznie większych ilościach lekkie mezony ujemne (jr~ i K- ). Trudności związane z identyfikacją znikomej liczby antyjąder najlepiej scharakteryzują następujące wartości liczbowe odnoszące się do doświadczenia, w którym w ykryto an ty try t % : Przez aparaturę przeszło 3,7 • 1 0 ^ różnych cząstek; aparatura rozpoznała wśród nich cztery jądra antytrytu (czy też antyjądra trytu). Różniczkowy przekrój czynny na powstawanie jąder % na jądrach glinu w tych warunkach rów nał się:

296 Z pracowni i obserwatoriów

Rys. 1. Produkcja antyprotonow w zderzeniach protonow ^ jądrami węgla w zaleznosci od energii, £ \

-5 P

energia protonów w GeV, N ~/N wsz - liczba antyprotonow przypadających na 10 cząstek naładowanych powstających w powyższych zderzeniach

C

Antyjąder o liczbie masowej większej niż trzy nikt jeszcze nie usiłow ał wytworzyć. Ze wzrostem liczby masowej o jedność przekrój czynny na wytworzenie odpowiedniego antyjądra maleje o kilka rzędów wiel­ kości, a więc dla wykrycia choć paru antyjąder cięższych od % j % e należałoby doświadczenie o tyleż rzędów wielkości przedłużyć w czasie.

Uzyskane z omówionych przed chwilą doświadczeń przekroje czynne dla reakcji tworzenia się antyjąder okazuje się przydatne do oszacowania maksymalnie dopuszczalnej domieszki antyjąder w promieniowaniu kosmicznym, gdyby promieniowanie to wydostając się ze swych ź ró d eł domieszki takiej jeszcze nie zawierało. Jeśli odrzucić kosmologie symetryczne, wtedy domieszka antyprotonów do protonów (/V_/jV_) na podstawie podobnych ocen teoretycznych ( B o g o m o l o v i in. 1971; B u f f i n g t o n i ifi. 1971; E v e n s o n i M e y e r 1971) nie pow inna'przekraczać wartości 10~4 _ 10_ 7. W przypadku jąder o

Z > 1 domieszki odpowiednich antyjąder powinny być jeszcze mniejsze. Powyższym oszacowaniom teore­

tycznym opartym na danych laboratoryjnych ,nie przeczą rezultaty analizy obserwacji promieniowania kosmicznego.

Najważniejsze jest to, że mimo wieloletnich poszukiwań nie udało się znaleźć ani jednego antyjądra w promieniowaniu kosmicznym. W ślad za S t e i g m a n e m (1976) przytaczamy tab. 1, która zawiera rezultaty takich poszukiwań w ciągu ostatnich kilkunastu lat. Podając dla różnych wartości liczby atomowej (czy może raczej „antyatom ow ej” ? ) Z oraz twardości r jednolicie górną granicę domieszki antyjąder na poziomie ufności 95%, S t e i g m a n musiał niejednokrotnie przeliczać wyniki podane przez rozm aitych autorów. Zwróćmy uwagę na to, że wszystkie te wartości graniczne domieszki mogą jeszcze ulec w przy­ szłości poważnemu obniżeniu (dla jąder o Z > 1 - o całe nawet rzędy). Zamiast podawania przedziałów energii przyjęliśmy w tabeli, tak jak to się czyni w fizyce promieniowania kosmicznego, scharakteryzowanie cząstek poprzez tw ardość r (,.rigidity” ), która określona jest jako pęd przypadający na jednostkowy ładunek; jednostką jest G eV /e c $ G V /c gdzie c oznacza prędkość światła w próżni. Dla cząstek relaty­ wistycznych twardość proporcjonalna jest do energii przypadającej na nukleon.

Metody pomiarowe dla antycząstek i antyjąder w promieniowaniu kosmicznym wykorzystują zazwyczaj ten fakt, że krzywizna toru antycząstki w określonym polu magnetycznym różni się jedynie znakiem od krzywizny toru cząstki o tej samej energii. Układy pomiarowe noszą zazwyczaj nazwę spektrometrów magnetycznych. Magnes odchylający może być magnesem stałym czy nawet nadprzewodzącym

Z pracowni i obserwatoriów

297

T a b e l a 1

Ocena górnej granicy dla domieszki antyjąder w promieniowaniu kosmicznym (wg S t e *g m a n a 1976) Ładunek jądra Z Twardość r (GV/c)

Graniczna domieszka anty­ jąder (N/N) na poziomie

ufności 95%

Oparte na wynikach pracy

1 < 0,6 9 • 10- 4 Apparao 1967 < 1,3 3 • 10- 3 Aizu i in. 1961 3 - 6 1 • 10- 2 Bogomolov i in. 1971 > 16 0,13 Durgaprasad i Kun te 1971 * 103 5 • 10- 2 Brooke i Wolfendale 1964 2 1 - 10 1 • 10- 3 Evenson 1972 10 - 25 8 • 10~2 Evenson 1972 4 - 3 3 5 • 10- 4 Smoot i in. 1975 33 - 100 2 ■ 10- 2 Smoot i in. 1975 < 2,7 7 • 10- 3 Aizu i in. 1961 < 100 7 • 10~3 Damie i in. 1973 > 3 < 3 2 ■ 10- 2 Grigorov i in. 1963 < 4 2 • 10~2 Ivanova i in. 1968 4 - 3 3 9 • 10~5 Smoot i in. 1975 33 - 100 7 • 10- 3 Smoot i in. 1975 4 - 125 5 • 10~3 Golden i in. 1974 > 6 < 2,7 1 • 10- 2 Aiżu i in. 1961 * 1 0 — 18 8 • 10- 2 Greenhill i in. 1971

( B u f f i n g t o n i in. 1971); drugą ważną częścią układu jest teleskop scyntylacyjny z komorami iskrowymi ( B o g o m o l o v i in. 1971; E v e n s o n i M e y e r 1971).

Negatywny wynik poszukiwań antyjąder w docierającym do nas promieniowaniu kosmicznym stanowi poważny argument przeciw symetrycznym modelom kosmologicznym.' Obecność pozytonów nie stanowi żadnego poważnego argumentu za takimi modelami, wiemy bowiem, jak łatwo powstają pary e ~ -e + w rezultacie oddziaływania pierwotnego promieniowania kosmicznego z materią międzygwiazdową i atmosferą ziemską. Każde przejście wysokoenergetycznej cząstki kosmicznej przez atmosferę generuje w procesie lawinowym duże i efektywnie jednakowe ilości leptonów i antyleptonów naładowanych (ji~ , n , e ~ , e ).

Parę słów należy wspomnieć o pochodzeniu promieniowania kosmicznego. Wiąże się je zazwyczaj z obiektami gwiezdnymi znajdującymi się w naszej Galaktyce (eksplodujące supernowe, pulsary). W promienio­ waniu tym występują nawet takie jądra atomowe jak produkty procesu r o liczbach atomowych rzędu 7 0 -8 0 -9 0 ( K u c h o w i c z i S c h r a m m 1974), brak natomiast nawet stosunkowo lekkich antyjąder. Czy nie je^t to wystarczającym argumentem przeciwko przypuszczeniu, że w Galaktyce naszej występuje w porównywalnych ilościach materia i antymateria? Nawet przy ograniczeniu do najbardziej ostrożnego rozu­ mowania nie ulega wątpliwości, że w obszarze o rozmiarach kilkuset parseków wokół Słońca nie ma symetrii między materią i antymaterią.

Symetrię powyższą rozumieć można jednak jako symetrię globalną w pewnej dostatecznie dużej skali odległości. Nie da się więc np. całkowicie wykluczyć takiej np. możliwości, że istnieją inne galaktyki

298

złożone całkowicie z antymaterii. Możliwość bezpośredniego rozstrzygnięcia obserwacyjnego, czy taka sytuacja istotnie zachodzi, zależy m. in. od stanu naszej wiedzy o pochodzeniu promieniowania kosmicznego, od dokładnej oceny ilościowej w kładu składowej pozagalaktycznej do tego promieniowania. Gdyby udało się np. ustalić, że składowa ta większa jest niż lO - ^ wtedy z ocen przytoczonych w tab. 1 dałoby się już wnieść, że co druga galaktyka (przynajmniej w najbliższym otoczeniu naszej Galaktyki) nie może składać się z antymaterii.

Istnieją pewne metody pośredniego uzyskania informacji o antym aterii, wykorzystujące promieniowanie anihilacyjne tworzące się na pograniczu między obszarami zajętym i przez materię i obszarami antymaterii. Znów trzeba podkreślić nieprzydatność pozytonów i ich linii anihilacyjnej 0,51 MeV. Anihilacja anty- protonów i cięższych antyjąder nie prowadzi do bezpośredniego powstawania fotonów; schematycznie można sobie taki proces anihilacyjny wyobrazić jako kolejne powstawanie pionów (1t~, n + i v ° ), par leptonów naładowanych, wreszcie fotonów i neutrin. Podczas anihilacji pary p - p tw orzy się średnio 1,6 par

e ~ - e o energii w przedziale 1 0 -1 0 0 MeV. Energia początkowa elektronu (lub pozytonu) stopniowo maleje

na skutek oddziaływania z kosmicznymi polami magnetycznymi, plazmą i promieniowaniem elektro­ magnetycznym. Fotony optyczne ulegać będą rozproszeniu na relatywistycznych elektronach; ten odwrotny efekt Comptona stanowić może poważne źródło powstawania promieniowania rentgenowskiego. Inne ważne procesy - to generacja promieniowania synchrotronowego i promieniowania hamowania. Zdaniem zwolenników koncepcji symetrycznego Wszechświata, wszystkie wspomniane mechanizmy oddziaływania sprowadzają się do generacji potężnego tła promieniowania rentgenowskiego w przestrzeni kosmicznej (patrz np. C a r l q v i s t i L a u r e n t 1976). Problematyka powyższa wiąże się z astronomią promieniowania X i 7 , nie będziemy więc w nią wkraczać chcąc uniknąć przeładowania referatu. Podkreślamy jedynie na zakończenie, że i w tej dziedzinie wyniki obserwacji nie przemawiają za symetrycznymi modelami kosmo­ logicznymi, aczkolwiek wyłącznie na podstawie informacji o kosmicznym promieniowaniu X i 7 nie dałoby się modeli tych całkowicie z rozważań wykluczyć. Podajmy charakterystyczny przykład. B e l i M a r t i n (1976) obliczają strumień promieniowania 7 powstającego w symetrycznym Wszechświecie w wyniku zderzeń galaktyk z antygalaktykami. Strumień powyższy okazuje się o trzy rzędy większy od obserwowanej wartości promieniowania tła gamma. Wynika stąd, że jeśli Wszechświat jest symetryczny, to rozdzielenie materii od antym aterii nastąpić musiało w skali większej niż skala galaktyk. Rozmiary typowej kondensacji złożonej z antymaterii nie mogą być w żadnym wypadku mniejsze niż rozmiary gromady galaktyk. Tym ­ czasem jedną z zasadniczych trudności przy konstruowaniu sensownych modeli symetrycznego Wszechświata stanowi efektywne rozdzielenie materii od antym aterii, przy jednoczesnym uniknięciu tzw. katastrofy anihilacyjnej (patrz omówienie różnych mechanizmów rozdzielenia oraz zastrzeżeń przeciwko nim u S t e i g m a n a 1976). Rozdzielenie w skali liniowej rzędu rozmiarów gromady galaktyk wydaje się z jednej strony niezwykle m ało prawdopodobne, Z drugiej znów - nie da się tej możliwości zupełnie wykluczyć na gruncie czysto empirycznych, dostępnych nam danych o izotropowym tle gamma.

Spróbujmy podać końcowe wnioski. Najprościej i najkrócej można sform ułow ać je tak: brak bez­ pośrednich wskazań na rzecz istnienia antymaterii we Wszechświecie, wskazania zaś pośrednie obecności antym aterii wyraźnie nie potwierdzają. Być może, Wszechświat nie jest symetryczny. Ostrożnie można dodać: istnienie antym aterii nie uda się nigdy całkowicie wykluczyć, co najwyżej można uznać, że została ona rozdzielona od materii w skali dostatecznie dużych odległości. Jeśli jednak dopiero w bardzo odległej od nas części wszechświata znajdują się gromady galaktyk złożone z antym aterii, wtedy i tak nie m / t o wielkiego znaczenia empirycznego i nie uda się ani łatw o, ani szybko stwierdzić. Co więcej, przeciwko tej możliwości wysunąć można szereg teoretycznych zastrzeżeń, wynikających z analizy skuteczności mecha­ nizmów rozdzielenia materii od antym aterii w rozszerzającym się Wszechświecie.

L I T E R A T U R A A i z u, H., i in., 1961, Phys. Rev., 121, 1206.

A l f v ć n , H„ 1965, Rev.Mod. Phys., 37, 652; 1966, Post. Fiz., 17, 441. A 1 f v i n, H„ K l e i n , O., 1962, Arkiv f. Fys., 2 3 ,187.

A n t i p o v , Ju.M. i in., 1970, Jadernaja Fiz., 12, 311. A p p a r a o, M.V.K., 1967, Nature, 215, 727.

B e l, N., M a r t i n , P., 1976, Astron. Astrophys., 46, 455. B i n o n, F. i in., 1969, Phys. Letters, 30 B, 510.

B o g o m o l o v , E.A., L u b y a n a y a , N.D., R o m a n o v , V.A., 1971, Proc. 12th Int. Conf. on Cosmic

Z pracowni i obserwatoriów

299

B r o o k e , . G., W o l f e n d a l e , A.W., 1964, Nature, 202, 480.

B u f f i n g t o n , A. i in., 1971, Proc. 12th Int. Conf. on Cosmic Rays, 1, 146. C a r 1 q v i s t, P., L a u r e n t , B., 1976, Nature, 260, 225*.

D a m i e , S.V . i in., 1973, Proc. 13th Int. Conf. on Cosmic Rays, 1, 231. D u r g a p r a s a d , N., K u n t e , P.K., 1971, Nature Phys. Sci., 234, 74. E v e n s o n, P., 197§; Ap. J., 176, 797.

E v e n s o n , P., M e y e r , P., 1971, Proc. 12th Int. Conf. on Cosmic Rays, 1,138. G a j e w s k i , W., Ś w i ę c k i, M., 1976, Post. Fiz., 27, 323.

G o l d e n , R.L., i in., 1974, Ap. J., 192, 747.

G r e e n h i 11, J.G., C l a r k e , A.L., E l l i o t , H„ 1971, Nature, 230, 170. G r i g o r o v, N.L. i in., 1963, Źurn, Eksp. Teor. Fiz., 45, 394.

H e h 1, F.W., v o n d e r H e y d e, P., K e r l i c k , G.D., Ne s t e r , J.M., 1976, Rev. Mod. Phys., 48, 393.

H o y l e , F., N a r l i ka r , J., 1966, Proc. Roy. Soc., A 2 9 0 ,1 4 3 ,1 6 2 .

I v a n o v a , N.S., G a g a r i n , Ju.F., K u l i k o v , W.N., 1968, Kosmicz. Issled., 6, 83. K u c h o w i c z , B., 1976, Reports Progr. Phys., 39, 291.

K u c h o w i c z , B., S c h r a m m , D.N., 1974, VI Leningradskij Mieżdunar. Seminar „Uskorienije czastic i

jadem , reakcji w kosm osie 1 9 -2 1 awgusta 1974” (wyd. AN ZSRR, Leningrad), 287.

N a m b u, Y., 1976, Scientific American, 235, No. 5, 48. O m n h s, R., 1970, Physics Reports, C 3 ,1 .

O m n e s, R., 1971, Astron, Astrophys., 10, 228; 11, 450; 15, 275.

S a l a m , A., 1968, w książce Elementary Particle Theory (N. Svartholm, red.), Almquist & Forlag, Stockholm.

S e g r e, E., 1959, w Ninth Intern. Annual Conf. on High En. Phys., Kiev (wyd., 1960). S m o o t, G.F., B u f f i n g t o n , A., O r t h, C.D., 1975, Phys. Rev. Lett., 35, 258. S t e i g m a n, G., 1976, Ann. Rev. Astron. Astrophys., 14, 339.

W e i n b e r g , S., 1967, Phys. Rev. Lett., 19, 1264. W i s z n i e w s k i , N.K. i in., 1974, Jadem. Fiz., 20, 694.

POSTĘPY ASTRONOM II T om XXVI (1978). Zeszyt 4

OBSERWATORIUM ASTRONOMICZNE M. N. WOLFA W GDAŃSKU*

A. L I S I C K I (O trzym ano dnia 20 m arca 1978)

S t r e s z c z e n i e - O pisano bud o w ę i w yposażenie instrum entalne obserw atorium astronom icznego