Антиматерията отдавна е обект на научна фантастика. В книгата и филма „Ангели и демони“професор Лангдън се опитва да спаси Ватикана от антиматериална бомба. Космическият апарат Star Trek Enterprise използва унищожаващ антиматериален двигател, за да пътува по-бързо от скоростта на светлината. Но антиматерията също е обект на нашата реалност. Частиците на антиматерията са практически идентични с техните материални партньори, само че носят противоположен заряд и се въртят. Когато антиматерията срещне материята, те незабавно се унищожават в енергия и това вече не е измислица.
Въпреки че антиматерийните бомби и кораби, базирани на същото гориво, все още не са възможни на практика, има много факти за антиматерията, които ще ви изненадат или ще ви позволят да освежите паметта си за това, което вече сте знаели.
1. Антиматерията е трябвало да унищожи цялата материя във Вселената след Големия взрив
Според теорията Големият взрив роди материя и антиматерия в равни количества. Когато се срещнат, има взаимно унищожение, унищожаване и остава само чиста енергия. Въз основа на това не трябва да съществуваме.
Но ние съществуваме. И доколкото физиците знаят, това е така, защото за всеки милиард двойки материя-антиматерия имаше една допълнителна частица материя. Физиците се опитват да обяснят тази асиметрия.
Промоционално видео:
2. Антиматерията е по-близо до вас, отколкото мислите
Малки количества антиматерия постоянно валят върху Земята под формата на космически лъчи, енергийни частици от космоса. Тези частици антиматерия достигат до нашата атмосфера на нива, вариращи от едно до над сто на квадратен метър. Учените също имат доказателства, че антиматерия се генерира по време на гръмотевична буря.
Има и други източници на антиматерия, които са по-близо до нас. Бананите например произвеждат антиматерия, като излъчват един позитрон - антиматериалния еквивалент на електрон - около веднъж на 75 минути. Това е така, защото бананите съдържат малки количества калий-40, естествено срещащ се изотоп на калий. Когато калий-40 се разпада, понякога се ражда позитрон.
Телата ни също съдържат калий-40, което означава, че също отделяте позитрони. Антиматерията унищожава моментално при контакт с материята, така че тези частици от антиматерията не издържат много дълго.
3. Хората успяха да създадат много малко антиматерия
Унищожаването на антиматерията и материята има потенциал да освободи огромни количества енергия. Грам антиматерия може да предизвика експлозия с размерите на ядрена бомба. Хората обаче не са произвели много антиматерия, така че няма от какво да се страхувате.
Всички антипротони, създадени на ускорителя на частици Tevatron в Fermi Laboratories, едва ще тежат 15 нанограма. CERN е произвела само около 1 нанограма до момента. В DESY в Германия - не повече от 2 нанограма позитрони.
Ако цялата антиматерия, създадена от хората, унищожава моментално, енергията й дори няма да е достатъчна, за да заври чаша чай.
Проблемът се състои в ефективността и разходите за производство и съхранение на антиматерия. Създаването на 1 грам антиматерия изисква около 25 милиона милиарда киловатчаса енергия и струва над милион милиарда долара. Не е изненадващо, че антиматерията понякога е посочена като едно от десетте най-скъпи вещества в нашия свят.
4. Има такова нещо като капан за антиматерия
За да изучавате антиматерията, трябва да я предпазите от унищожаване с материята. Учените откриха няколко начина за това.
Заредените антиматериални частици като позитрони и антипротони могат да се съхраняват в така наречените капани на Penning. Те са като миниатюрни ускорители на частици. Вътре в тях частиците се движат в спирала, докато магнитните и електрическите полета ги предпазват от сблъскване със стените на капана.
Въпреки това капаните на Пеннинг не работят за неутрални частици като антихидроген. Тъй като нямат заряд, тези частици не могат да бъдат ограничени до електрически полета. Те са хванати в капаните на Йофе, които работят, създавайки пространство на пространство, където магнитното поле става по-голямо във всички посоки. Частици от антиматерия се забиват в областта с най-слабото магнитно поле.
Магнитното поле на Земята може да действа като капани за антиматерия. В някои зони около Земята бяха открити антипротони - радиационните пояси на Van Allen.
5. Антиматерията може да падне (в буквалния смисъл на думата)
Частиците материя и антиматерия имат еднаква маса, но се различават по свойства като електрически заряд и въртене. Стандартният модел прогнозира, че гравитацията трябва да действа еднакво върху материята и антиматерията, но това остава да се види със сигурност. Експерименти като AEGIS, ALPHA и GBAR работят върху това.
Наблюдаването на гравитационния ефект по примера на антиматерия не е толкова лесно, колкото да гледате ябълка, падаща от дърво. Тези експерименти изискват задържане на антиматерията или забавянето й чрез охлаждане до температури малко над абсолютната нула. И тъй като гравитацията е най-слабата от основните сили, физиците трябва да използват неутрални антиматериални частици в тези експерименти, за да предотвратят взаимодействието с по-мощната сила на електричеството.
6. Антиматерията се изучава при модератори на частици
Чували ли сте за ускорители на частици и чували ли сте за бавни частици? В CERN има машина, наречена Antiproton Decelerator, в която антипротоните се улавят и забавят, за да се изучат техните свойства и поведение.
В ускорителите на частици с пръстен като Големия адронен колайдер частиците получават енергичен тласък всеки път, когато завършат кръг. Забавителите работят по обратния начин: вместо да ускоряват частиците, те се изтласкват в обратна посока.
7. Неутрино могат да бъдат собствени античастици
Частица материя и нейният антиматериален партньор носят противоположни заряди, което улеснява разграничаването им. Неутриносите, почти безмасови частици, които рядко взаимодействат с материята, нямат заряд. Учените смятат, че може да са частици от майорана, хипотетичен клас от частици, които са собствени античастици.
Проекти като Majorana Demonstrator и EXO-200 имат за цел да определят дали неутрино наистина са частици от майорана, като наблюдават поведението на това, което е известно като двойно бета разпад на неутрино.
Някои радиоактивни ядра се разпадат едновременно, излъчвайки два електрона и два неутрино. Ако неутрино са собствени античастици, те биха унищожили след двоен разпад и учените ще трябва да наблюдават само електрони.
Търсене на неутрино от майорана може да помогне да се обясни защо съществува асиметрията на веществото-антиматерия. Физиците предполагат, че неутроните на майорана могат да бъдат или тежки, или леки. Белите дробове съществуват в наше време, а тежките са съществували веднага след Големия взрив. Тежките неутрони от майорана се разпадат несиметрично, което води до появата на малко количество материя, която изпълва нашата Вселена.
8. Антиматерията се използва в медицината
PET, PET (Positron Emission Topography) използва позитрони за създаване на изображения на тялото с висока разделителна способност. Радиоактивните изотопи, излъчващи позитрон (като тези, които открихме в бананите) се прикрепят към химикали като глюкоза в тялото. Те се инжектират в кръвта, където естествено се разпадат, отделяйки позитрони. Те от своя страна се срещат с електроните на тялото и ги унищожават. Анигилацията произвежда гама лъчи, които се използват за конструиране на изображение.
Учени от проекта ACE в CERN изучават антиматерията като потенциален кандидат за лечение на рак. Лекарите вече са разбрали, че могат да насочват лъчи от частици към тумори, излъчвайки енергията си едва след като безопасно преминат през здрава тъкан. Използването на антипротони ще добави допълнителен прилив на енергия. Тази техника е доказана като ефективна при лечение на хамстери, но все още не е тествана при хора.
9. Антиматерията може да дебне в пространството
Един от начините, по които учените се опитват да разрешат проблема с асиметрията на материята-антиматерия, е да търсят антиматерия, останала от Големия взрив.
Алфа магнитният спектрометър (AMS) е детектор на частици, разположен на Международната космическа станция и търси такива частици. AMS съдържа магнитни полета, които огъват пътя на космическите частици и отделят материята от антиматерията. Детекторите му трябва да откриват и идентифицират такива частици, докато преминават.
Сблъсъците в космическите лъчи обикновено произвеждат позитрони и антипротони, но шансовете за създаване на антихелиев атом остават изключително малки поради огромното количество енергия, което този процес изисква. Това означава, че наблюдението на поне един нуклеол от антихелий би било мощно доказателство за съществуването на гигантски количества антиматерия другаде във Вселената.
10. Хората всъщност се научават как да се оборудва горивото за антиматерия на космически кораби, Много малко антиматерия може да генерира огромни количества енергия, което я прави популярно гориво за футуристични кораби за научна фантастика.
Ракетното задвижване на антиматерията е хипотетично възможно; основното ограничение е събирането на достатъчно антиматерия, за да се случи това.
Все още няма технологии за масово производство или събиране на антиматерия в количествата, необходими за такова приложение. Учените обаче работят върху имитирането на такова движение и съхранение на тази много антиматерия. Един ден, ако успеем да намерим начин да произвеждаме големи количества антиматерия, техните изследвания биха могли да помогнат междузвездното пътуване да стане реалност.
Въз основа на материали от symmetrymagazine.org
ИЛЯ КХЕЛ