Antymateria « Interesujące o nauce. Co to jest antymateria? Antymateria jest stosowana w medycynie
ANTYMATERIA, substancja składająca się z atomów, których jądra mają ujemny ładunek elektryczny i są otoczone pozytonami - elektronami o dodatnim ładunku elektrycznym. W zwykłej materii, z której zbudowany jest otaczający nas świat, dodatnio naładowane jądra są otoczone ujemnie naładowanymi elektronami. Materia zwykła, aby odróżnić ją od antymaterii, bywa nazywana współsubstancją (od greckiego). koinos- normalny). Jednak w literaturze rosyjskiej termin ten praktycznie nie jest używany. Należy podkreślić, że określenie „antymateria” nie jest do końca poprawne, gdyż antymateria to także materia, jej rodzaj. Antymateria ma te same właściwości bezwładności i tworzy takie samo przyciąganie grawitacyjne jak zwykła materia.
Mówiąc o materii i antymaterii, logiczne jest rozpoczęcie od cząstek elementarnych (subatomowych). Każda cząstka elementarna odpowiada antycząstce; oba mają prawie takie same cechy, z wyjątkiem tego, że mają przeciwny ładunek elektryczny. (Jeżeli cząstka jest obojętna, to antycząstka również jest obojętna, ale mogą one różnić się innymi cechami. W niektórych przypadkach cząstka i antycząstka są identyczne.) Zatem elektron – ujemnie naładowana cząstka – odpowiada pozyton, a antycząstka protonu o ładunku dodatnim jest antyprotonem naładowanym ujemnie. Pozytron odkryto w 1932, a antyproton w 1955; były to pierwsze z odkrytych antycząstek. Istnienie antycząstek przewidział w 1928 r. na podstawie mechaniki kwantowej angielski fizyk P. Dirac.
Kiedy elektron i pozyton zderzają się, anihilują, tj. obie cząstki znikają, a dwa kwanty gamma są emitowane z miejsca ich zderzenia. Jeśli zderzające się cząstki poruszają się z małą prędkością, to energia każdego promieniowania gamma wynosi 0,51 MeV. Energia ta jest „energią spoczynkową” elektronu lub jego masą spoczynkową wyrażoną w jednostkach energii. Jeśli zderzające się cząstki poruszają się z dużą prędkością, energia promieni gamma będzie większa ze względu na ich energię kinetyczną. Do anihilacji dochodzi również wtedy, gdy proton zderza się z antyprotonem, ale w tym przypadku proces jest znacznie bardziej skomplikowany. Szereg krótkożyjących cząstek rodzi się jako produkty pośrednie interakcji; jednak po kilku mikrosekundach końcowymi produktami przemian pozostają neutrina, kwanty gamma i niewielka liczba par elektron-pozyton. Te pary mogą ostatecznie anihilować, tworząc dodatkowe promienie gamma. Anihilacja występuje również, gdy antyneutron zderza się z neutronem lub protonem.
Ponieważ istnieją antycząstki, powstaje pytanie, czy z antycząstek można utworzyć antyjądra. Jądra atomów zwykłej materii składają się z protonów i neutronów. Najprostszym jądrem jest jądro zwykłego izotopu wodoru 1 H; jest to pojedynczy proton. Jądro deuteru 2H składa się z jednego protonu i jednego neutronu; to się nazywa deuteron. Innym przykładem prostego jądra jest jądro 3He, które składa się z dwóch protonów i jednego neutronu. Antydeuteron, składający się z antyprotonu i antyneutronu, otrzymano w laboratorium w 1966 roku; Jądro anty-3He, składające się z dwóch antyprotonów i jednego antyneutronu, po raz pierwszy uzyskano w 1970 roku.
Zgodnie ze współczesną fizyką cząstek elementarnych, dzięki dostępności odpowiednich środków technicznych, możliwe byłoby otrzymanie antyjąder wszystkich zwykłych jąder. Jeśli te antyjądra otoczone są odpowiednią liczbą pozytonów, tworzą antyatomy. Antyatomy miałyby prawie takie same właściwości jak zwykłe atomy; tworzyłyby cząsteczki, mogłyby tworzyć ciała stałe, ciecze i gazy, w tym substancje organiczne. Na przykład dwa antyprotony i jedno jądro antytlenowe razem z ośmioma pozytonami mogą tworzyć cząsteczkę antywodną podobną do zwykłej wody H 2 O, z której każda cząsteczka składa się z dwóch protonów jąder wodoru, jednego jądra tlenu i ośmiu elektronów . Współczesna teoria cząstek jest w stanie przewidzieć, że antywoda zamarznie w 0°C, wrze w 100°C, a poza tym będzie zachowywać się jak zwykła woda. Kontynuując takie rozumowanie, możemy dojść do wniosku, że antymateria zbudowana z antymaterii byłaby niezwykle podobna do zwykłego świata wokół nas. Ten wniosek służy jako punkt wyjścia dla teorii symetrycznego wszechświata opartych na założeniu, że wszechświat ma równą ilość zwykłej materii i antymaterii. Żyjemy w tej jego części, która składa się ze zwykłej materii.
W przypadku zetknięcia się dwóch identycznych kawałków substancji przeciwnego typu, nastąpi anihilacja elektronów z pozytonami i jąder z antyjądrami. W takim przypadku powstaną kwanty gamma, po których pojawieniu się można ocenić, co się dzieje. Ponieważ Ziemia z definicji składa się ze zwykłej materii, nie ma w niej znaczącej ilości antymaterii, z wyjątkiem niewielkiej liczby antycząstek wytwarzanych w dużych akceleratorach iw promieniowaniu kosmicznym. To samo dotyczy całego układu słonecznego.
Obserwacje pokazują, że w naszej galaktyce występuje tylko ograniczona ilość promieniowania gamma. Z tego wielu badaczy wnioskuje, że nie ma w nim zauważalnych ilości antymaterii. Ale ten wniosek nie jest bezsporny. Obecnie nie ma możliwości określenia, na przykład, czy dana pobliska gwiazda składa się z materii czy antymaterii; gwiazda z antymaterii emituje dokładnie takie samo widmo jak zwykła gwiazda. Co więcej, jest całkiem możliwe, że rozrzedzona materia, która wypełnia przestrzeń wokół gwiazdy i jest identyczna z materią samej gwiazdy, jest oddzielona od obszarów wypełnionych materią przeciwnego typu - bardzo cienkimi, wysokotemperaturowymi „warstwami Leidenfrosta”. Można więc mówić o „komórkowej” strukturze przestrzeni międzygwiazdowej i międzygalaktycznej, w której każda komórka zawiera albo materię, albo antymaterię. Hipotezę tę potwierdzają współczesne badania wykazujące, że magnetosfera i heliosfera (przestrzeń międzyplanetarna) mają strukturę komórkową. Ogniwa o różnych namagnesowaniach, a czasem także o różnych temperaturach i gęstościach są oddzielone bardzo cienkimi osłonami prądowymi. Stąd wynika paradoksalny wniosek, że obserwacje te nie zaprzeczają istnieniu antymaterii nawet w naszej Galaktyce.
O ile wcześniej nie było przekonujących argumentów na rzecz istnienia antymaterii, to teraz sukcesy astronomii rentgenowskiej i gamma zmieniły sytuację. Zaobserwowano zjawiska związane z ogromnym i często bardzo nieuporządkowanym uwalnianiem energii. Najprawdopodobniej źródłem takiego uwolnienia energii była anihilacja.
Szwedzki fizyk O.Klein opracował kosmologiczną teorię opartą na hipotezie symetrii między materią a antymaterią i doszedł do wniosku, że procesy anihilacji odgrywają decydującą rolę w ewolucji Wszechświata i powstawaniu struktury galaktyk.
Coraz bardziej oczywiste staje się, że główna alternatywna teoria - teoria "Wielkiego Wybuchu" - poważnie zaprzecza danym obserwacyjnym, a centralne miejsce w rozwiązywaniu problemów kosmologicznych w najbliższej przyszłości prawdopodobnie zajmie "kosmologia symetryczna".
W fizyce i chemii antymateria to substancja składająca się z antycząstek, czyli antyprotonu (protonu o ujemnym ładunku elektrycznym) i antyelektronu (elektron o dodatnim ładunku elektrycznym). Antyproton i antyelektron tworzą atom antymaterii, tak jak elektron i proton tworzą atom wodoru.
Ogólne pojęcie materii i antymaterii
Każdy zna odpowiedź na pytanie, czym jest materia, czyli jest substancją, która składa się z cząsteczek i atomów. Z kolei same atomy składają się z elektronów i jąder utworzonych przez protony i neutrony. Zrozumienie pytania, czym jest materia, pozwala zrozumieć, czym jest antymateria. Jest rozumiany jako substancja, której cząstki składowe mają przeciwny ładunek elektryczny. W przypadku pary neutron-antyneutron ich ładunki są równe zeru, ale momenty magnetyczne są skierowane przeciwnie.
Główną właściwością antymaterii jest jej zdolność do anihilacji w kontakcie ze zwykłą materią. W wyniku kontaktu tych substancji masa zanika i zostaje całkowicie zamieniona w energię. Zgodnie z teorią kosmiczną we Wszechświecie jest równa ilość materii i antymaterii, fakt ten wynika z rozumowania teoretycznego. Substancje te są jednak oddzielone od siebie ogromnymi odległościami, ponieważ każde z ich spotkań prowadzi do imponujących kosmicznych zjawisk niszczenia materii.
Historia odkrycia antymaterii
Antymateria została odkryta w 1932 roku przez północnoamerykańskiego fizyka Carla Andersena, który badał promieniowanie kosmiczne i był w stanie wykryć pozyton (antycząstka elektronu). To odkrycie przyniosło mu w 1936 roku Nagrodę Nobla. Następnie eksperymentalnie odkryto antyprotony. Stało się to w 2006 roku dzięki wystrzeleniu satelity Pamela, którego misją było badanie cząstek emitowanych przez Słońce.
Następnie ludzkość nauczyła się samodzielnie tworzyć antymaterię. W wyniku wielu eksperymentów wykazano, że zderzenie materii i antymaterii niszczy obie substancje i generuje promienie gamma. Te odkrycia eksperymentalne zostały przewidziane przez Alberta Einsteina.
Użycie antymaterii
Gdzie można użyć antymaterii? Przede wszystkim antymateria to doskonałe paliwo. Tylko jedna kropla antymaterii jest w stanie dostarczyć energii, która w ciągu dnia wystarczy do zasilenia dużego miasta. Ponadto to źródło energii jest przyjazne dla środowiska.
W medycynie głównym zastosowaniem antymaterii jest tomografia z promieniowaniem pozytonowym. Promienie gamma, które powstają w wyniku anihilacji materii i antymaterii, są wykorzystywane do wykrywania guzów nowotworowych w organizmie. Antymateria jest również wykorzystywana w terapii onkologicznej. Obecnie trwają badania nad wykorzystaniem antyprotonów do całkowitego zniszczenia tkanki nowotworowej.
Ile kosztuje gram antymaterii i gdzie jest przechowywany?
Produkcja antymaterii za pomocą akceleratorów cząstek elementarnych wymaga ogromnych kosztów energii. Ponadto antymateria jest trudna do przechowywania, ponieważ ulegnie samozniszczeniu przy każdym kontakcie ze zwykłą materią. Dlatego jest przechowywany w silnych polach elektromagnetycznych, które również wymagają dużych nakładów energii na ich wytworzenie i utrzymanie.
W związku z powyższym możemy stwierdzić, że antymateria jest najdroższą substancją na ziemi. Jej gram jest wyceniany na 62,5 miliarda dolarów. Według innych szacunków dostarczonych przez CERN, wytworzenie jednej miliardowej grama antymaterii zajęłoby kilkaset milionów franków szwajcarskich.
Przestrzeń jest źródłem antymaterii
Na tym etapie rozwoju technologii sztuczne tworzenie antymaterii jest metodą nieefektywną i kosztowną. W związku z tym naukowcy z NASA planują zbieranie antymaterii w pasie Van Allena Ziemi za pomocą pól magnetycznych. Pas ten znajduje się na wysokości kilkuset kilometrów nad powierzchnią naszej planety i ma grubość kilku tysięcy kilometrów. Ten obszar kosmosu zawiera dużą liczbę antyprotonów, które powstają w wyniku reakcji cząstek elementarnych wywołanych zderzeniami promieni kosmicznych w górnych warstwach ziemskiej atmosfery. Ilość zwykłej materii jest niewielka, więc antyprotony mogą w niej istnieć przez dość długi czas.
Innym źródłem antymaterii są podobne pasy promieniowania wokół gigantycznych planet Układu Słonecznego: Jowisza, Saturna, Neptuna i Urana. Naukowcy zwracają szczególną uwagę na Saturna, który ich zdaniem powinien wytwarzać dużą liczbę antyprotonów powstających w wyniku oddziaływania naładowanych cząstek kosmicznych z pierścieniami lodowymi planety.
Trwają również prace w kierunku bardziej ekonomicznego przechowywania antymaterii. Tak więc profesor Masaki Gori (Masaki Hori) ogłosił opracowaną metodę ograniczania antyprotonów za pomocą częstotliwości radiowych, która jego zdaniem znacznie zmniejszy rozmiar pojemnika na antymaterię.
Antymateria od dawna jest tematem science fiction. W książce i filmie Angels & Demons profesor Langdon próbuje uratować Watykan przed bombą z antymaterii. Statek kosmiczny Star Trek Enterprise wykorzystuje anihilujący silnik na antymaterię, aby podróżować z prędkością większą niż prędkość światła. Ale antymateria jest również przedmiotem naszej rzeczywistości. Cząstki antymaterii są praktycznie identyczne jak ich materialne odpowiedniki, z tym wyjątkiem, że mają przeciwny ładunek i spin. Kiedy antymateria styka się z materią, natychmiast anihilują w energię, a to już nie jest fikcja.
Chociaż bomby na antymaterię i statki oparte na tym samym paliwie nie są jeszcze możliwe w praktyce, istnieje wiele faktów na temat antymaterii, które Cię zaskoczą lub pozwolą odświeżyć to, co już wiesz.
Antymateria miała zniszczyć całą materię we wszechświecie po Wielkim Wybuchu
Zgodnie z teorią Wielki Wybuch stworzył materię i antymaterię w równych ilościach. Kiedy się spotykają, następuje wzajemne unicestwienie, unicestwienie i pozostaje tylko czysta energia. Na tej podstawie nie powinniśmy istnieć.
Ale istniejemy. O ile fizycy wiedzą, dzieje się tak dlatego, że na każdy miliard par materia-antymateria przypadała jedna dodatkowa cząsteczka materii. Fizycy starają się jak najlepiej wyjaśnić tę asymetrię.
Antymateria jest bliżej niż myślisz
Niewielkie ilości antymaterii nieustannie spadają na Ziemię w postaci promieni kosmicznych, energetycznych cząstek z kosmosu. Te cząsteczki antymaterii docierają do naszej atmosfery na poziomie od jednego do ponad stu na metr kwadratowy. Naukowcy mają również dowody na to, że podczas burzy wytwarzana jest antymateria.
Są inne źródła antymaterii, które są nam bliższe. Banany, na przykład, generują antymaterię, emitując jeden pozyton – odpowiednik antymaterii elektronu – mniej więcej raz na 75 minut. Dzieje się tak, ponieważ banany zawierają niewielkie ilości potasu-40, naturalnie występującego izotopu potasu. Rozpad potasu-40 czasami wytwarza pozyton.
Nasze ciała zawierają również potas-40, co oznacza, że emitujesz również pozytony. Antymateria anihiluje natychmiast w kontakcie z materią, więc te cząsteczki antymaterii nie żyją zbyt długo.
Ludziom udało się wytworzyć całkiem sporo antymaterii
Zniszczenie antymaterii i materii może potencjalnie uwolnić ogromne ilości energii. Gram antymaterii może wywołać eksplozję wielkości bomby atomowej. Jednak ludzie nie wyprodukowali dużo antymaterii, więc nie ma się czego bać.
Wszystkie antyprotony wytworzone w akceleratorze cząstek Tevatron Laboratorium Fermiego mają zaledwie 15 nanogramów. W CERN wyprodukowano do tej pory tylko około 1 nanograma. W DESY w Niemczech - nie więcej niż 2 nanogramy pozytonów.
Jeśli cała stworzona przez ludzi antymateria natychmiast unicestwi się, jej energia nie wystarczy nawet do zagotowania filiżanki herbaty.
Problem tkwi w wydajności i kosztach produkcji i przechowywania antymaterii. Stworzenie 1 grama antymaterii wymaga około 25 milionów kilowatogodzin energii i kosztuje ponad milion miliardów dolarów. Nic dziwnego, że antymateria jest czasami umieszczana na liście dziesięciu najdroższych substancji na naszym świecie.
Istnieje coś takiego jak pułapka na antymaterię.
Aby badać antymaterię, musisz zapobiec jej anihilacji z materią. Naukowcy znaleźli na to kilka sposobów.
Naładowane cząstki antymaterii, takie jak pozytony i antyprotony, mogą być przechowywane w tak zwanych pułapkach Penninga. Są jak małe akceleratory cząstek. Wewnątrz nich cząsteczki poruszają się po spirali, podczas gdy pola magnetyczne i elektryczne nie pozwalają im zderzać się ze ścianami pułapki.
Jednak pułapki Penninga nie działają na obojętne cząstki, takie jak antywodór. Ponieważ nie mają ładunku, cząstki te nie mogą być ograniczane przez pola elektryczne. Są trzymane w pułapkach Ioffe, które działają poprzez tworzenie obszaru przestrzeni, w którym pole magnetyczne staje się silniejsze we wszystkich kierunkach. Cząstki antymaterii utknęły w obszarze o najsłabszym polu magnetycznym.
Pole magnetyczne Ziemi może działać jak pułapki na antymaterię. Antyprotony zostały znalezione w pewnych strefach na Ziemi - w pasach radiacyjnych Van Allena.
Antymateria może spaść (dosłownie)
Cząstki materii i antymaterii mają tę samą masę, ale różnią się właściwościami, takimi jak ładunek elektryczny i spin. przewiduje, że grawitacja powinna mieć taki sam wpływ na materię i antymaterię, jednak to nie jest pewne. Nad tym pracują eksperymenty takie jak AEGIS, ALPHA i GBAR.
Zaobserwowanie efektu grawitacyjnego w antymaterii nie jest tak proste, jak obserwowanie spadającego z drzewa jabłka. Eksperymenty te wymagają zatrzymania antymaterii w pułapce lub spowolnienia jej poprzez schłodzenie do temperatury nieco powyżej zera absolutnego. A ponieważ grawitacja jest najsłabszą z podstawowych sił, fizycy muszą w tych eksperymentach używać neutralnych cząstek antymaterii, aby zapobiec interakcji z potężniejszą siłą elektryczności.
Antymateria badana w moderatorach cząstek
Czy słyszałeś o akceleratorach cząstek, ale czy słyszałeś o moderatorach cząstek? CERN dysponuje maszyną zwaną zwalniaczem antyprotonów, w której antyprotony są uwięzione i spowalniane w celu zbadania ich właściwości i zachowania.
W pierścieniach akceleratorów cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, cząstki zyskują energię za każdym razem, gdy kończą okrąg. Moderatorzy działają w odwrotny sposób: zamiast rozpraszać cząstki, są popychane w przeciwnym kierunku.
Neutrina mogą być własnymi antycząsteczkami
Cząstka materii i jej antymaterialny partner niosą przeciwne ładunki, co ułatwia ich rozróżnienie. Neutrina, prawie bezmasowe cząstki, które rzadko oddziałują z materią, nie mają ładunku. Naukowcy uważają, że mogą to być hipotetyczna klasa cząstek, które są ich własnymi antycząstkami.
Projekty takie jak Majorana Demonstrator i EXO-200 mają na celu ustalenie, czy neutrina są rzeczywiście cząstkami Majorany, obserwując zachowanie tak zwanego podwójnego rozpadu beta bez neutrin.
Niektóre jądra radioaktywne rozpadają się jednocześnie, emitując dwa elektrony i dwa neutrina. Gdyby neutrina były ich własnymi antycząstkami, anihilowałyby po rozpadzie binarnym, a naukowcom pozostałoby tylko obserwowanie elektronów.
Poszukiwanie neutrin Majorany może pomóc wyjaśnić, dlaczego istnieje asymetria materia-antymateria. Fizycy sugerują, że neutrina Majorany mogą być ciężkie lub lekkie. Płuca istnieją w naszych czasach, a ciężkie istniały zaraz po Wielkim Wybuchu. Ciężkie neutrina Majorany rozpadły się asymetrycznie, w wyniku czego powstała niewielka ilość materii, która wypełniła nasz Wszechświat.
Antymateria jest stosowana w medycynie
PET, PET (Positron Emission Topography) wykorzystuje pozytony do tworzenia obrazów ciała o wysokiej rozdzielczości. Izotopy promieniotwórcze emitujące pozytony (takie jak te, które znaleźliśmy w bananach) przyłączają się do substancji chemicznych, takich jak glukoza, które są obecne w organizmie. Są wstrzykiwane do krwiobiegu, gdzie w naturalny sposób ulegają rozkładowi, emitując pozytony. Te z kolei spotykają się z elektronami ciała i anihilują. Anihilacja wytwarza promienie gamma, które są wykorzystywane do budowy obrazu.
Naukowcy z projektu ACE w CERN badają antymaterię jako potencjalnego kandydata do leczenia raka. Lekarze już zorientowali się, że mogą kierować wiązki cząstek na guzy, które emitują swoją energię dopiero po bezpiecznym przejściu przez zdrową tkankę. Używanie antyprotonów doda dodatkowego przypływu energii. Ta technika okazała się skuteczna w leczeniu chomików, ale nie została jeszcze przetestowana na ludziach.
Antymateria może czaić się w kosmosie
Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy próbują rozwiązać problem asymetrii materia-antymateria, jest poszukiwanie antymaterii pozostałej po Wielkim Wybuchu.
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) to detektor cząstek znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, który wyszukuje takie cząstki. AMS zawiera pola magnetyczne, które zaginają drogę kosmicznych cząstek i oddzielają materię od antymaterii. Jego detektory muszą wykrywać i identyfikować takie cząstki, gdy przechodzą.
Zderzenia promieni kosmicznych zwykle wytwarzają pozytony i antyprotony, ale prawdopodobieństwo powstania atomu antyhelu pozostaje niezwykle małe ze względu na gigantyczną ilość energii potrzebnej do tego procesu. Oznacza to, że obserwacja tylko jednego jądra antyhelu byłaby mocnym dowodem na istnienie gigantycznej ilości antymaterii w innym miejscu we wszechświecie.
Ludzie faktycznie uczą się, jak zasilać statki kosmiczne paliwem z antymaterii
Tylko odrobina antymaterii może wytworzyć ogromne ilości energii, co czyni ją popularnym paliwem dla futurystycznych statków science fiction.
Napęd rakietowy na antymaterię jest hipotetycznie możliwy; głównym ograniczeniem jest zebranie wystarczającej ilości antymaterii, aby tak się stało.
Jak dotąd nie ma technologii masowej produkcji lub gromadzenia antymaterii w ilościach wymaganych do takiego zastosowania. Naukowcy pracują jednak nad imitacją takiego ruchu i przechowywania tej właśnie antymaterii. Pewnego dnia, jeśli znajdziemy sposób na wytwarzanie dużych ilości antymaterii, ich badania mogą pomóc w urzeczywistnieniu podróży międzygwiezdnych.
Pochodzi z symmetrymagazine.org
) zarówno dla cząstek, jak i antycząstek. Oznacza to, że struktura antymaterii musi być identyczna ze strukturą zwykłej materii.
Różnica między materią a antymaterią jest możliwa tylko dzięki oddziaływaniu słabym, jednak w zwykłych temperaturach efekty słabe są pomijalne.
Kiedy materia i antymateria wchodzą w interakcję, anihilują i powstają fotony o wysokiej energii lub pary cząstka-antycząstka. Obliczono, że gdy 1 kg antymaterii i 1 kg materii oddziałują ze sobą, uwolnione zostanie około 1,8·10 17 dżuli energii, co odpowiada energii uwolnionej podczas eksplozji 42,96 megaton trotylu. Najpotężniejsze urządzenie nuklearne, jakie kiedykolwiek eksplodowało na planecie, „bomba carska” (masa ~ 20 ton), odpowiadało 57 megatonom. Należy zauważyć, że około 50% energii podczas anihilacji pary nukleon-antynukleon uwalniane jest w postaci neutrin, które praktycznie nie oddziałują z materią.
Toczy się sporo dyskusji na temat tego, dlaczego obserwowalna część Wszechświata składa się prawie wyłącznie z materii i czy istnieją inne miejsca wypełnione, wręcz przeciwnie, prawie całkowicie antymaterią; ale do tej pory obserwowana asymetria materii i antymaterii we wszechświecie jest jednym z największych nierozwiązanych problemów fizyki (patrz asymetria barionowa wszechświata). Zakłada się, że tak silna asymetria powstała w pierwszych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu.
Paragon fiskalny
Pierwszym obiektem złożonym wyłącznie z antycząstek był antydeuteron zsyntetyzowany w 1965 roku; następnie uzyskano również cięższe przeciwjądra. W 1995 roku w CERN zsyntetyzowano atom antywodoru, składający się z pozytonu i antyprotonu. W ostatnich latach uzyskano antywodór w znacznych ilościach i rozpoczęto szczegółowe badania jego właściwości.
Cena £
Wiadomo, że antymateria jest najdroższą substancją na Ziemi – według szacunków NASA z 2006 roku wyprodukowanie miligrama pozytonów kosztowało około 25 milionów dolarów. Według szacunków z 1999 roku jeden gram antywodoru byłby wart 62,5 biliona dolarów. Według szacunków CERN z 2001 r., produkcja jednej miliardowej grama antymaterii (ilość zużywana przez CERN w zderzeniach cząstek z antycząstkami w ciągu dziesięciu lat) kosztowała kilkaset milionów franków szwajcarskich.
Zobacz też
Uwagi
Spinki do mankietów
Fundacja Wikimedia. 2010 .
Synonimy:Zobacz, co „Antymateria” znajduje się w innych słownikach:
Antymateria... Słownik pisowni
antymateria- antymateria/, a/ … połączone. Oprócz. Przez myślnik.
ALE; por. Fiz. Materia zbudowana z antycząstek. ◁ Antymateriał, och, och. * * * Antymateria to materia zbudowana z antycząstek. Jądra atomów antymaterii składają się z antyprotonów i antyneutronów, a powłoki atomowe zbudowane są z pozytonów. słownik encyklopedyczny
ANTYMATERIA Materia składa się z antycząstek. Jądra atomów antymaterii składają się z antyprotonów i antyneutronów, a rolę elektronów odgrywają pozytony. Zakłada się, że w pierwszych chwilach powstania Wszechświata antymateria i materia…… Współczesna encyklopedia
Materia zbudowana z antycząstek. Jądra atomów antymaterii składają się z antyprotonów i antyneutronów, a powłoki atomowe zbudowane są z pozytonów. Nagromadzenie antymaterii we wszechświecie nie zostało jeszcze odkryte. Na naładowanych akceleratorach cząstek uzyskanych ... ... Wielki słownik encyklopedyczny
ANTYMATERIA, substancja składająca się z antycząstek, identycznych pod każdym względem ze zwykłymi cząsteczkami, z wyjątkiem ŁADOWANIA ELEKTRYCZNEGO, OBROTU I MOMENTU MAGNETYCZNEGO, które mają przeciwny znak. Kiedy antycząstka, taka jak pozyton... ... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny
Poślubić Materia utworzona z antycząstek (w fizyce). Słownik wyjaśniający Efraima. T. F. Efremova. 2000... Współczesny słownik objaśniający języka rosyjskiego Efremova
Materia zbudowana z antycząstek. Jądra atomów w va składają się z protonów i neutronów, a elektrony tworzą powłoki atomów. W A. jądra składają się z antyprotonów i antyneutronów, a miejsce elektronów w ich powłokach zajmują pozytony. Według współczesnego teorie, trucizna... Encyklopedia fizyczna
Ist., liczba synonimów: 1 antymateria (2) Słownik synonimów ASIS. V.N. Triszyn. 2013 ... Słownik synonimów
ANTYMATERIA- materia składająca się z (patrz). Kwestia występowania A. we Wszechświecie jest wciąż otwarta… Wielka Encyklopedia Politechniczna
Książki
- Wszechświat w lusterku wstecznym. Czy Bóg był praworęczny? Albo ukryta symetria, antymateria i bozon Higgsa autorstwa Dave'a Goldberga. Nie lubisz fizyki? Po prostu nie czytałeś książek Dave'a Goldberga! Ta książka wprowadzi Cię w jeden z najbardziej intrygujących tematów współczesnej fizyki, podstawowe symetrie. Rzeczywiście, w naszym pięknym ...
- Wszechświat w lusterku wstecznym. Czy Bóg był praworęczny? Albo ukryta symetria, antymateria i bozon, Dave Goldberg. Nie lubisz fizyki? Po prostu nie czytałeś książek Dave'a Goldberga! Ta książka wprowadzi Cię w jeden z najbardziej intrygujących tematów współczesnej fizyki - podstawowe symetrie. W końcu w naszym…
Ekologia poznania: Antymateria od dawna jest tematem science fiction. W książce i filmie Angels & Demons profesor Langdon próbuje uratować Watykan przed bombą z antymaterii. Statek kosmiczny Star Trek Enterprise wykorzystuje silnik oparty na
Antymateria od dawna jest tematem science fiction. W książce i filmie Angels & Demons profesor Langdon próbuje uratować Watykan przed bombą z antymaterii. Statek kosmiczny Star Trek Enterprise wykorzystuje anihilujący silnik na antymaterię, aby podróżować z prędkością większą niż prędkość światła. Ale antymateria jest również przedmiotem naszej rzeczywistości. Cząstki antymaterii są praktycznie identyczne jak ich materialne odpowiedniki, z tym wyjątkiem, że mają przeciwny ładunek i spin. Kiedy antymateria styka się z materią, natychmiast anihilują w energię, a to już nie jest fikcja.
Chociaż bomby na antymaterię i statki oparte na tym samym paliwie nie są jeszcze możliwe w praktyce, istnieje wiele faktów na temat antymaterii, które Cię zaskoczą lub pozwolą odświeżyć to, co już wiesz.
1 Antymateria powinna zniszczyć całą materię we wszechświecie po Wielkim Wybuchu
Zgodnie z teorią Wielki Wybuch stworzył materię i antymaterię w równych ilościach. Kiedy się spotykają, następuje wzajemne unicestwienie, unicestwienie i pozostaje tylko czysta energia. Na tej podstawie nie powinniśmy istnieć.
Ale istniejemy. O ile fizycy wiedzą, dzieje się tak dlatego, że na każdy miliard par materia-antymateria przypadała jedna dodatkowa cząsteczka materii. Fizycy starają się jak najlepiej wyjaśnić tę asymetrię.
2 Antymateria jest bliżej Ciebie niż myślisz
Niewielkie ilości antymaterii nieustannie spadają na Ziemię w postaci promieni kosmicznych, energetycznych cząstek z kosmosu. Te cząsteczki antymaterii docierają do naszej atmosfery na poziomie od jednego do ponad stu na metr kwadratowy. Naukowcy mają również dowody na to, że podczas burzy wytwarzana jest antymateria.
Są inne źródła antymaterii, które są nam bliższe. Banany, na przykład, generują antymaterię, emitując jeden pozyton – odpowiednik antymaterii elektronu – mniej więcej raz na 75 minut. Dzieje się tak, ponieważ banany zawierają niewielkie ilości potasu-40, naturalnie występującego izotopu potasu. Rozpad potasu-40 czasami wytwarza pozyton.
Nasze ciała zawierają również potas-40, co oznacza, że emitujesz również pozytony. Antymateria anihiluje natychmiast w kontakcie z materią, więc te cząsteczki antymaterii nie żyją zbyt długo.
3 ludzie wytworzyli bardzo mało antymaterii
Zniszczenie antymaterii i materii może potencjalnie uwolnić ogromne ilości energii. Gram antymaterii może wywołać eksplozję wielkości bomby atomowej. Jednak ludzie nie wyprodukowali dużo antymaterii, więc nie ma się czego bać.
Wszystkie antyprotony wytworzone w akceleratorze cząstek Tevatron Laboratorium Fermiego mają zaledwie 15 nanogramów. W CERN wyprodukowano do tej pory tylko około 1 nanograma. W DESY w Niemczech - nie więcej niż 2 nanogramy pozytonów.
Jeśli cała stworzona przez ludzi antymateria natychmiast unicestwi się, jej energia nie wystarczy nawet do zagotowania filiżanki herbaty.
Problem tkwi w wydajności i kosztach produkcji i przechowywania antymaterii. Stworzenie 1 grama antymaterii wymaga około 25 milionów kilowatogodzin energii i kosztuje ponad milion miliardów dolarów. Nic dziwnego, że antymateria jest czasami umieszczana na liście dziesięciu najdroższych substancji na naszym świecie.
4. Istnieje coś takiego jak pułapka na antymaterię.
Aby badać antymaterię, musisz zapobiec jej anihilacji z materią. Naukowcy znaleźli na to kilka sposobów.
Naładowane cząstki antymaterii, takie jak pozytony i antyprotony, mogą być przechowywane w tak zwanych pułapkach Penninga. Są jak małe akceleratory cząstek. Wewnątrz nich cząsteczki poruszają się po spirali, podczas gdy pola magnetyczne i elektryczne nie pozwalają im zderzać się ze ścianami pułapki.
Jednak pułapki Penninga nie działają na obojętne cząstki, takie jak antywodór. Ponieważ nie mają ładunku, cząstki te nie mogą być ograniczane przez pola elektryczne. Są trzymane w pułapkach Ioffe, które działają poprzez tworzenie obszaru przestrzeni, w którym pole magnetyczne staje się silniejsze we wszystkich kierunkach. Cząstki antymaterii utknęły w obszarze o najsłabszym polu magnetycznym.
Pole magnetyczne Ziemi może działać jak pułapki na antymaterię. Antyprotony zostały znalezione w pewnych strefach na Ziemi - w pasach radiacyjnych Van Allena.
5. Antymateria może spaść (dosłownie)
Cząstki materii i antymaterii mają tę samą masę, ale różnią się właściwościami, takimi jak ładunek elektryczny i spin. Model Standardowy przewiduje, że grawitacja powinna mieć taki sam wpływ na materię i antymaterię, ale to na pewno się okaże. Nad tym pracują eksperymenty takie jak AEGIS, ALPHA i GBAR.
Zaobserwowanie efektu grawitacyjnego w antymaterii nie jest tak proste, jak obserwowanie spadającego z drzewa jabłka. Eksperymenty te wymagają zatrzymania antymaterii w pułapce lub spowolnienia jej poprzez schłodzenie do temperatury nieco powyżej zera absolutnego. A ponieważ grawitacja jest najsłabszą z podstawowych sił, fizycy muszą w tych eksperymentach używać neutralnych cząstek antymaterii, aby zapobiec interakcji z potężniejszą siłą elektryczności.
6. Antymateria jest badana w moderatorach cząstek
Czy słyszałeś o akceleratorach cząstek, ale czy słyszałeś o moderatorach cząstek? CERN dysponuje maszyną zwaną zwalniaczem antyprotonów, w której antyprotony są uwięzione i spowalniane w celu zbadania ich właściwości i zachowania.
W pierścieniach akceleratorów cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, cząstki zyskują energię za każdym razem, gdy kończą okrąg. Moderatorzy działają w odwrotny sposób: zamiast rozpraszać cząstki, są popychane w przeciwnym kierunku.
7 Neutrina mogą być własnymi antycząsteczkami
Cząstka materii i jej antymaterialny partner niosą przeciwne ładunki, co ułatwia ich rozróżnienie. Neutrina, prawie bezmasowe cząstki, które rzadko oddziałują z materią, nie mają ładunku. Naukowcy uważają, że mogą to być cząstki Majorany, hipotetyczna klasa cząstek, które są ich własnymi antycząstkami.
Projekty takie jak Majorana Demonstrator i EXO-200 mają na celu ustalenie, czy neutrina są rzeczywiście cząstkami Majorany, obserwując zachowanie tak zwanego podwójnego rozpadu beta bez neutrin.
Niektóre jądra radioaktywne rozpadają się jednocześnie, emitując dwa elektrony i dwa neutrina. Gdyby neutrina były ich własnymi antycząstkami, anihilowałyby po rozpadzie binarnym, a naukowcom pozostałoby tylko obserwowanie elektronów.
Poszukiwanie neutrin Majorany może pomóc wyjaśnić, dlaczego istnieje asymetria materia-antymateria. Fizycy sugerują, że neutrina Majorany mogą być ciężkie lub lekkie. Płuca istnieją w naszych czasach, a ciężkie istniały zaraz po Wielkim Wybuchu. Ciężkie neutrina Majorany rozpadły się asymetrycznie, w wyniku czego powstała niewielka ilość materii, która wypełniła nasz Wszechświat.
8 Antymateria jest stosowana w medycynie
PET, PET (Positron Emission Topography) wykorzystuje pozytony do tworzenia obrazów ciała o wysokiej rozdzielczości. Izotopy promieniotwórcze emitujące pozytony (takie jak te, które znaleźliśmy w bananach) przyłączają się do substancji chemicznych, takich jak glukoza, które są obecne w organizmie. Są wstrzykiwane do krwiobiegu, gdzie w naturalny sposób ulegają rozkładowi, emitując pozytony. Te z kolei spotykają się z elektronami ciała i anihilują. Anihilacja wytwarza promienie gamma, które są wykorzystywane do budowy obrazu.
Naukowcy z projektu ACE w CERN badają antymaterię jako potencjalnego kandydata do leczenia raka. Lekarze już zorientowali się, że mogą kierować wiązki cząstek na guzy, które emitują swoją energię dopiero po bezpiecznym przejściu przez zdrową tkankę. Używanie antyprotonów doda dodatkowego przypływu energii. Ta technika okazała się skuteczna w leczeniu chomików, ale nie została jeszcze przetestowana na ludziach.
9 Antymateria może czaić się w kosmosie
Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy próbują rozwiązać problem asymetrii materia-antymateria, jest poszukiwanie antymaterii pozostałej po Wielkim Wybuchu.
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) to detektor cząstek znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, który wyszukuje takie cząstki. AMS zawiera pola magnetyczne, które zaginają drogę kosmicznych cząstek i oddzielają materię od antymaterii. Jego detektory muszą wykrywać i identyfikować takie cząstki, gdy przechodzą.
Zderzenia promieni kosmicznych zwykle wytwarzają pozytony i antyprotony, ale prawdopodobieństwo powstania atomu antyhelu pozostaje niezwykle małe ze względu na gigantyczną ilość energii potrzebnej do tego procesu. Oznacza to, że obserwacja tylko jednego jądra antyhelu byłaby mocnym dowodem na istnienie gigantycznej ilości antymaterii w innym miejscu we wszechświecie.
10 osób faktycznie uczy się, jak zasilać statki kosmiczne paliwem na antymaterię
Tylko odrobina antymaterii może wytworzyć ogromne ilości energii, co czyni ją popularnym paliwem dla futurystycznych statków science fiction.
Napęd rakietowy na antymaterię jest hipotetycznie możliwy; głównym ograniczeniem jest zebranie wystarczającej ilości antymaterii, aby tak się stało.
Jak dotąd nie ma technologii masowej produkcji lub gromadzenia antymaterii w ilościach wymaganych do takiego zastosowania. Naukowcy pracują jednak nad imitacją takiego ruchu i przechowywania tej właśnie antymaterii. Pewnego dnia, jeśli znajdziemy sposób na wytwarzanie dużych ilości antymaterii, ich badania mogą pomóc w urzeczywistnieniu podróży międzygwiezdnych. opublikowany