Антиматерія « Цікаво про науку. Що таке антиматерія? Антиматерія використовується у медицині
АНТИРЕЧОВИНА,речовина, що з атомів, ядра яких мають негативний електричний заряд і оточені позитронами – електронами з позитивним електричним зарядом. У звичайній речовині, з якої побудований навколишній світ, позитивно заряджені ядра оточені негативно зарядженими електронами. Звичайне речовина, щоб відрізняти його від антиречовини, іноді називають койноречовиною (від грец. койнос- Простий). Однак у російській літературі цей термін мало вживається. Слід підкреслити, що термін «антиречовина» не зовсім правильний, оскільки антиречовина теж речовина, його різновид. Антивещество має такі ж інерційні властивості і створює таке ж гравітаційне тяжіння, як і звичайна речовина.
Говорячи про речовину та антиречовину, логічно почати з елементарних (субатомних) частинок. Кожній елементарній частинці відповідає античастинка; обидві мають майже однакові характеристики, крім того, що вони протилежний електричний заряд. (Якщо частка нейтральна, то античастка також нейтральна, але вони можуть відрізнятися іншими характеристиками. У деяких випадках частка і античастинка тотожні один одному.) Так, електрону – негативно зарядженій частинці – відповідає позитрон, а античастинкою протона з позитивним зарядом є негативно заряджений антипротон. Позитрон був відкритий у 1932, а антипротон – у 1955; це були перші із відкритих античасток. Існування античастинок було передбачено в 1928 році на основі квантової механіки англійським фізиком П.Діраком.
При зіткненні електрона і позитрон відбувається їх анігіляція, тобто. обидві частинки зникають, та якщо з точки їх зіткнення випускаються два гамма-кванта. Якщо частинки, що стикаються, рухаються з невеликою швидкістю, то енергія кожного гамма-кванта становить 0,51 МеВ. Ця енергія є "енергія спокою" електрона, або його маса спокою, виражена в одиницях енергії. Якщо ж частинки, що стикаються, рухаються з великою швидкістю, то енергія гамма-квантів буде більшою за рахунок їх кінетичної енергії. Анігіляція відбувається при зіткненні протона з антипротоном, але процес у цьому випадку протікає набагато складніше. Як проміжні продукти взаємодії народжується ряд короткоживучих частинок; однак через кілька мікросекунд як остаточні продукти перетворень залишаються нейтрино, гамма-кванти та невелика кількість електрон-позитронних пар. Ці пари зрештою можуть анігілювати, створюючи додаткові гамма-кванти. Анігіляція відбувається при зіткненні антинейтрона з нейтроном або протоном.
Якщо існують античастинки, виникає питання, чи не можуть з античастинок утворюватися антиядра. Ядра атомів звичайної речовини складаються з протонів та нейтронів. Найпростішим ядром є ядро ізотопу звичайного водню 1 H; воно є окремим протоном. Ядро дейтерію 2 H складається з одного протону та одного нейтрона; воно називається дейтроном. Ще один приклад простого ядра - ядро 3 He, що складається з двох протонів та одного нейтрона. Антидейтрон, що складається з антипротону та антинейтрону, був отриманий у лабораторії у 1966; ядро анти-3 He, що складається з двох антипротонів і одного антинейтрона, було вперше отримано в 1970 році.
Відповідно до сучасної фізики елементарних частинок, за наявності відповідних технічних засобів можна було б отримати антиядра всіх звичайних ядер. Якщо ці антиядра оточені належним числом позитронів, вони утворюють антиатоми. Антиатоми мали б у точності такими самими властивостями, як і звичайні атоми; вони утворили б молекули, їх могли б формуватися тверді тіла, рідини і гази, зокрема і органічні речовини. Наприклад, два антипротони і одне ядро антикисню разом з вісьма позитронами могли б утворити молекулу антиводи, подібну до звичайної води H 2 O, кожна молекула якої складається з двох протонів ядер водню, одного ядра кисню і восьми електронів. Сучасна теорія елементарних частинок в змозі передбачити, що антивода замерзатиме при 0° С, кипіти при 100° С і в іншому вести себе подібно до звичайної води. Продовжуючи такі міркування, можна дійти висновку, що побудований з антиречовини антисвіт був би надзвичайно подібний до навколишнього нас звичайним світом. Цей висновок служить відправною точкою теорій симетричного Всесвіту, заснованих на припущенні, що у Всесвіті дорівнює кількість звичайної речовини та антиречовини. Ми живемо в тій її частині, яка складається із звичайної речовини.
Якщо привести в дотик два однакових шматки з протилежного типу, то відбудеться анігіляція електронів з позитронами і ядер з антиядрами. При цьому виникнуть гамма-кванти, за появою яких можна судити про те, що відбувається. Оскільки Земля за визначенням складається із звичайної речовини, в ній немає помітних кількостей антиречовини, якщо не брати до уваги мізерного числа античастинок, що народжуються на великих прискорювачах і в космічних променях. Те саме стосується і всієї Сонячної системи.
Спостереження показують, що у межах нашої Галактики виникає лише обмежена кількість гамма-випромінювання. Звідси ряд дослідників роблять висновок про відсутність у ній скільки-небудь помітних кількостей антиречовини. Але це висновок не безперечний. В даний час немає способу визначити, наприклад, чи дана близька зірка складається з речовини або антиречовини; зірка з антиречовини випускає такий самий спектр, як і звичайна зірка. Далі, цілком можливо, що розріджена речовина, що заповнює простір навколо зірки і тотожна речовина самої зірки, відокремлена від областей, заповнених речовиною протилежного типу - дуже тонкими високотемпературними шарами Лейденфроста. Таким чином, можна говорити про «коміркову» структуру міжзоряного та міжгалактичного простору, в якій кожен осередок містить або речовину, або антиречовину. Цю гіпотезу підкріплюють сучасні дослідження, що показують, що магнітосфера та геліосфера (міжпланетний простір) мають пористу структуру. Осередки з різною намагніченістю і іноді також з різними температурою та щільністю розділені дуже тонкими струмовими оболонками. Звідси випливає парадоксальний висновок, що ці спостереження не суперечать існуванню антиречовини навіть у межах нашої Галактики.
Якщо раніше не було переконливих аргументів на користь існування антиречовини, то тепер успіхи рентгенівської та гамма-астрономії змінили становище. Спостерігалися явища, пов'язані з величезним і найчастіше безладним виділенням енергії. Найімовірніше, джерелом такого енерговиділення була анігіляція.
Шведський фізик О.Клейн розробив космологічну теорію, засновану на гіпотезі симетрії між речовиною та антиречовиною, і дійшов висновку, що процеси анігіляції грають вирішальну роль у процесах еволюції Всесвіту та формування структури галактик.
Стає все очевиднішим, що основна альтернативна їй теорія – теорія «великого вибуху» – серйозно суперечить даним спостережень і центральне місце при вирішенні космологічних проблем у найближчому майбутньому, швидше за все, займе «симетрична космологія».
У фізиці та хімії антиматерія - це речовина, яка складається з античасток, тобто з антипротону (протон з негативним електричним зарядом) та з антиелектрона (електрон з позитивним електричним зарядом). Антипротон і антиелектрон утворюють атом антиматерії подібно до того, як електрон і протон утворюють атом водню.
Загальне поняття про матерію та антиматерію
Кожен знає у відповідь питання, що таке матерія, тобто це субстанція, що складається з молекул і атомів. Самі атоми, у свою чергу, складаються з електронів та ядер, утворених протонами та нейтронами. Розуміння питання, що таке матерія, дозволяє зрозуміти, що таке антиматерія. Під нею розуміється субстанція, що становлять частинки якої мають протилежний електричний заряд. У разі пари нейтрон-антинейтрон їх заряди дорівнюють нулю, але магнітні моменти спрямовані протилежно.
Основна властивість антиматерії – це її здатність до анігіляції при зустрічі із звичайною матерією. Внаслідок контакту цих субстанцій маса зникає і повністю переводиться в енергію. Відповідно до космічної теорії, у Всесвіті існує рівна кількість матерії та антиматерії, цей факт випливає з теоретичних міркувань. Однак ці субстанції розділені між собою величезними відстанями, оскільки будь-яка їхня зустріч призводить до грандіозних космічних феноменів знищення матерії.
Історія відкриття антиматерії
Антиматерія була відкрита в 1932 північноамериканським фізиком Карлом Андерсеном, який вивчав космічні промені і зміг виявити позитрон (античастка електрона). Завдяки цьому відкриття він отримав Нобелівську премію 1936 року. Згодом було експериментально відкрито антипротони. Це сталося в 2006 році завдяки запуску супутника "Памела", місією якого було вивчення частинок Сонця.
Згодом людство навчилося самостійно створювати антиматерію. В результаті багатьох експериментів було показано, що зіткнення матерії та антиматерії знищує обидві субстанції та породжує гамма-промені. Ці експериментальні висновки були пророковані ще Альбертом Ейнштейном.
Використання антиматерії
Де може бути використана антиматерія? Насамперед антиматерія – це відмінне паливо. Лише одна крапля антиречовини здатна дати енергію, якої буде достатньо для енергозабезпечення великого міста протягом доби. Крім того, це джерело енергії є екологічно чистим.
У галузі медицини основне використання антиматерії – це томографія позитронного випромінювання. Гамма-промені, що виникають внаслідок анігіляції речовини та антиречовини, використовуються для виявлення ракових пухлин в організмі. Також використовують антиречовину у терапії проти ракових захворювань. В даний час ведуться дослідження щодо використання антипротонів для повного знищення ракових тканин.
Скільки коштує грам антиматерії та де її зберігати?
Виробництво антиматерії за допомогою прискорювачів елементарних частинок потребує величезних енергетичних витрат. Крім того, антиматерію важко зберігати, оскільки вона за будь-якого контакту зі звичайною речовиною самознищується. Тому зберігають її у сильних електромагнітних полях, які також вимагають великих енергетичних витрат на їх створення та підтримку.
У зв'язку з вищесказаним можна дійти невтішного висновку, що антиматерія є найдорожчою субстанцією землі. Її грам оцінюється у 62,5 мільярда доларів США. За іншими оцінками, наданими ЦЕРН, щоб створити одну мільярдну грама антиречовини, необхідно витратити кілька сотень мільйонів швейцарських франків.
Космос – джерело антиматерії
На даному етапі розвитку технологій штучне створення антиматерії – це низькоефективний та витратний спосіб. З огляду на це вчені з НАСА планують збирати магнітними полями антиматерію в поясі Ван Аллена Землі. Цей пояс знаходиться на висоті кількох сотень кілометрів над поверхнею нашої планети і має товщину кілька тисяч кілометрів. Ця область космосу містить велику кількість антипротонів, які утворюються внаслідок реакцій елементарних частинок, спричинених зіткненнями космічних променів у верхніх шарах атмосфери Землі. Кількість звичайної матерії невелика, тому антипротони можуть існувати в ньому досить довгий час.
Інше джерело антиречовини – це аналогічні радіаційні пояси навколо планет-гігантів Сонячної системи: Юпітера, Сатурна, Нептуна та Урана. Особливу увагу вчені приділяють Сатурну, який, на їхню думку, повинен виготовляти велику кількість антипротонів, що виникають внаслідок взаємодії заряджених космічних частинок із крижаними кільцями планети.
Також ведуться роботи у напрямку більш економного зберігання антиречовини. Так, професор Масакі Горі (Masaki Hori) заявив про розроблений метод утримання антипротонів за допомогою радіочастот, що, за його словами, дозволить значно скоротити розмір контейнера для антиматерії.
Антиматерія давно була предметом наукової фантастики. У книзі та фільмі «Ангели та демони» професор Ленгдон намагається врятувати Ватикан від бомби з антиматерії. Космічний корабель «Ентерпрайз» із «Зоряного шляху» використовує двигун на основі анігілюючої антиматерії для подорожей швидше за швидкість світла. Але антиматерія також є предметом нашої з вами реальності. Частинки антиматерії практично ідентичні своїм матеріальним партнерам, крім того, що переносять протилежний заряд і спин. Коли антиматерія зустрічає матерію, вони миттєво анігілюють в енергію, і це не вигадка.
Хоча бомби з антиматерії та кораблі на основі цього ж палива поки що не можливі на практиці, є багато фактів про антиматерії, які вас здивують або дозволять освіжити в пам'яті те, що ви вже знали.
Антиматерія мала знищити всю матерію у Всесвіті після Великого Вибуху
Відповідно до теорії, Великий Вибух породив матерію та антиматерію у рівних кількостях. Коли вони зустрічаються, відбувається взаємне знищення, анігіляція і залишається тільки чиста енергія. Виходячи з цього, ми не маємо існувати.
Але ми є. І наскільки знають фізики, це тому, що на кожен мільярд пар матерії-антиматерії була одна зайва частка матерії. Фізики з усіх сил намагаються пояснити цю асиметрію.
Антиматерія ближче до вас, ніж ви думаєте
Невеликі кількості антиматерії постійно проливаються дощем Землю як космічних променів, енергетичних частинок з космосу. Ці частинки антиречовини досягають нашої атмосфери з рівнем від однієї до сотні на квадратний метр. Вчені також мають у своєму розпорядженні свідчення того, що антиречовина народжується під час грози.
Є й інші джерела антиречовини, які є ближче до нас. Банани, наприклад, виробляють антиречовину, випускаючи один позитрон - антиречовий еківалент електрона - приблизно раз на 75 хвилин. Це відбувається тому, що банани містять невелику кількість калію-40, що зустрічається в природі ізотопу калію. При розпаді калію-40 іноді народжується позитрон.
Наші тіла також містять калій-40, а значить, і ви випромінюєте позитрони. Антиматерія анігілює миттєво при контакті з матерією, тому ці частинки антиречовини живуть не дуже довго.
Людям вдалося створити зовсім небагато антиматерії
Анігіляція антиматерії та матерії має потенціал вивільнення величезної кількості енергії. Грам антиматерії може зробити вибух розміром із ядерну бомбу. Втім, люди зробили не так багато антиматерії, тому боятися нема чого.
Усі антипротони, створені на прискорювачі частинок Теватроне у Лабораторії Фермі, навряд чи наберуть 15 нанограмів. У CERN на сьогоднішній день виробили лише близько 1 нанограма. У DESY у Німеччині - не більше 2 нанограмів позитронів.
Якщо вся антиматерія, створена людьми, анігілює миттєво, її енергії не вистачить навіть закип'ятити чашку чаю.
Проблема полягає в ефективності та вартості виробництва та зберігання антиречовини. Створення 1 грама антиматерії вимагає близько 25 мільйонів мільярдів кіловат-годин енергії і коштує понад мільйон мільярдів доларів. Не дивно, що антиречовина іноді включають до списку десяти найдорожчих речовин у світі.
Існує така річ, як пастка для антиматерії
Для вивчення антиматерії вам потрібно запобігти її анігіляції з матерією. Вчені знайшли кілька способів це здійснити.
Заряджені частки антиречовини, на кшталт позитронів і антипротонів, можна зберігати у про пастках Пеннінга. Вони схожі на крихітні прискорювачі частинок. Всередині них частинки рухаються спіраллю, поки магнітні та електричні поля утримують їх від зіткнення зі стінками пастки.
Проте пастки Пеннінга не працюють для нейтральних частинок на зразок антиводню. Оскільки вони не мають заряду, ці частки не можна обмежити електричними полями. Вони утримуються в пастках Іоффе, які працюють, створюючи область простору, де магнітне поле стає більшим у всіх напрямках. Частинки антиречовини застряють в області із найслабшим магнітним полем.
Магнітне поле Землі може виступати як пастки антиречовини. Антипротони знаходили у певних зонах навколо Землі – радіаційних поясах Ван Аллена.
Антиматерія може падати (у прямому значенні слова)
Частинки матерії та антиматерії мають одну масу, але різняться у властивостях на кшталт електричного заряду та спина. передбачає, що гравітація повинна однаково впливати на матерію та антиматерію, але це ще належить з'ясувати напевно. Експерименти типу AEGIS, ALPHA і GBAR працюють над цим.
Спостерігати за гравітаційним ефектом на прикладі антиматерії не так просто, як дивитися на яблуко, що падає з дерева. Ці експерименти вимагають утримання антиматерії в пастці або уповільнення її шляхом охолодження до температур трохи вище за абсолютний нуль. І оскільки гравітація - найслабша з фундаментальних сил, фізики повинні використовувати нейтральні частки антиматерії в цих експериментах, щоб запобігти взаємодії з потужнішою силою електрики.
Антиматерія вивчається у сповільнювачах частинок
Ви чули про прискорювачі частинок, а про сповільнювачі частинок чули? У CERN знаходиться машина під назвою Antiproton Decelerator, в кільці якого вловлюються та уповільнюються антипротони для вивчення їх властивостей та поведінки.
У кільцевих прискорювачах частинок на зразок Великого адронного колайдера частки отримують енергетичний поштовх щоразу, коли завершують коло. Уповільнювачі працюють протилежним чином: замість того, щоб розганяти частинки, їх штовхають у зворотний бік.
Нейтрино можуть бути своїми власними античастинками
Частка матерії та її антиматеріальний партнер переносять протилежні заряди, що дозволяє їх легко розрізнити. Нейтрино, майже безмасові частинки, які рідко взаємодіють із матерією, немає заряду. Вчені вважають, що вони можуть бути гіпотетичним класом частинок, які є своїми власними античастинками.
Проекти на зразок Majorana Demonstrator та EXO-200 спрямовані на визначення того, чи справді нейтрино є майоранівськими частинками, спостерігаючи за поведінкою так званого безнейтринного подвійного бета-розпаду.
Деякі радіоактивні ядра розпадаються одночасно, випускаючи два електрони і два нейтрино. Якби нейтрино були власними античастинками, вони б анігілювали після подвійного розпаду, і вченим залишилося б спостерігати лише електрони.
Пошук майоранівських нейтрино може допомогти пояснити, чому існує асиметрія матерії-антиматерії. Фізики припускають, що майоранівські нейтрино можуть бути важкими, або легкими. Легкі існують у наш час, а тяжкі існували одразу після Великого Вибуху. Тяжкі майоранівські нейтрино розпалися асиметрично, що призвело до появи крихітної кількості речовини, якою наповнилася наша Всесвіт.
Антиматерія використовується у медицині
PET, ПЕТ (позитронно-емісійна топографія) використовує позитрони для отримання зображень тіла у високій роздільній здатності. Випромінюючі позитрони радіоактивні ізотопи (на зразок тих, що ми знайшли в бананах) кріпляться до хімічних речовин на кшталт глюкози, яка є у тілі. Вони вводяться в кровотік, де розпадаються природним шляхом, випромінюючи позитрони. Ті, у свою чергу, зустрічаються з електронами тіла та анігілюють. Анігіляція виробляє гамма-промені, що використовуються для побудови зображення.
Вчені проекту ACE при CERN вивчають антиматерію як потенційного кандидата на лікування раку. Лікарі вже з'ясували, що можуть спрямовувати на пухлини промені частинок, що випромінюють свою енергію тільки після того, як безпечно пройдуть через здорову тканину. Використання антипротонів додасть додаткового вибуху енергії. Ця техніка була визнана ефективною для лікування хом'яків, тільки ось на людях поки що не випробовувалась.
Антиматерія може ховатися у космосі
Один із шляхів, яким вчені намагаються вирішити проблему асиметрії матерії-антиматерії, є пошук антиматерії, що залишилася після Великого Вибуху.
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) – це детектор частинок, який розташовується на Міжнародній космічній станції та шукає такі частки. AMS містить магнітні поля, які викривляють шлях космічних частинок та відокремлюють матерію від антиматерії. Його детектори повинні виявляти та ідентифікувати такі частинки у міру проходження.
Зіткнення космічних променів зазвичай виробляють позитрони та антипротони, але ймовірність створення атома антигелію залишається надзвичайно малою через гігантську кількість енергії, яка потрібна для цього процесу. Це означає, що спостереження хоча б одного ядерця антигелія буде потужним доказом існування гігантської кількості антиматерії десь у Всесвіті.
Люди насправді вивчають, як оснастити космічний апарат паливом на антиречовині
Зовсім небагато антиматерії може зробити величезну кількість енергії, що робить її популярним паливом для футуристичних кораблів у науковій фантастиці.
Рух ракети на антиречовині гіпотетично можливий; основним обмеженням є збір достатньої кількості антиречовини, щоб це могло здійснитися.
Поки що не існує технологій для масового виробництва або збору антиречовини в обсягах, необхідних для такого застосування. Проте вчені ведуть роботи над імітацією такого руху та зберігання цієї самої антиречовини. Одного разу, якщо ми знайдемо спосіб зробити велику кількість антиречовини, їх дослідження можуть допомогти міжзоряним подорожам втілитись у реальності.
За матеріалами symmetrymagazine.org
) як частинок, так античастинок. Це означає, що структура антиречовини має бути ідентична структурі звичайної речовини.
Відмінність речовини і антиречовини можливе лише за рахунок слабкої взаємодії, проте при нормальних температурах слабкі ефекти дуже малі.
При взаємодії речовини та антиречовини відбувається їх анігіляція, при цьому утворюються високоенергійні фотони або пари частинок-античастинок. Підраховано, що при вступі у взаємодію 1 кг антиречовини і 1 кг речовини виділиться приблизно 1,8 · 10 17 джоулів енергії, що еквівалентно енергії, що виділяється при вибуху 42,96 мегатонн тротилу. Найпотужніший ядерний пристрій із коли-небудь вибухаючих на планеті, «Цар-бомба» (маса ~ 20 т), відповідав 57 мегатоннам. Слід зазначити, що близько 50% енергії при анігіляції пари нуклон-антинуклон виділяється у формі нейтрино, які практично не взаємодіють із речовиною.
Ведеться досить багато міркувань на тему того, чому частина Всесвіту, що спостерігається, складається майже виключно з речовини і чи існують інші місця, заповнені, навпаки, практично повністю антиречовиною; Проте на сьогоднішній день спостерігається асиметрія речовини і антиречовини у всесвіті - одне з найбільших невирішених завдань фізики (див. Баріонна асиметрія Всесвіту). Передбачається, що така сильна асиметрія виникла перші частки секунди після Великого Вибуху.
Отримання
Першим об'єктом, повністю складеним з античасток, був синтезований в 1965 антидейтрон; потім були отримані більш важкі антиядра. У 1995 році в ЦЕРН був синтезований атом антиводню , що складається з позитрону і антипротону . В останні роки антиводень був отриманий у значних кількостях і розпочато детальне вивчення його властивостей.
Вартість
Антивещество відоме як найдорожча субстанція на Землі - за оцінками НАСА 2006 року, виробництво міліграма позитронів коштувало приблизно 25 мільйонів доларів США. За оцінкою 1999 року, один грам антиводню коштував би 62,5 трильйона доларів. За оцінкою CERN 2001 року, виробництво мільярдної частки грама антиречовини (обсяг, використаний CERN у зіткненнях частинок та античастинок протягом десяти років) коштувало кілька сотень мільйонів швейцарських франків.
Див. також
Примітки
Посилання
Wikimedia Foundation. 2010 .
Синоніми:Дивитись що таке "Антивещество" в інших словниках:
Антивіщество. Орфографічний словник-довідник
антиречовина- антиречовина/, а/... Добре. Окремо. Через дефіс.
А; пор. Фіз. Матерія, збудована з античастинок. ◁ Антивещественний, ая, ое. * * * антиречовина матерія, побудована з античастинок. Ядра атомів антиречовини складаються з антипротонів та антинейтронів, а атомні оболонки побудовані з позитронів. Енциклопедичний словник
Антиречовина, речовина, побудована з античастинок. Ядра атомів антиречовини складаються з антипротонів та антинейтронів, а роль електронів відіграють позитрони. Припускають, що у перші моменти утворення Всесвіту антиречовина та речовина… Сучасна енциклопедія
Матерія, збудована з античастинок. Ядра атомів антиречовини складаються з антипротонів та антинейтронів, а атомні оболонки побудовані з позитронів. Скупчення антиречовини у Всесвіті поки що не виявлено. На прискорювачах заряджених частинок отримано… Великий Енциклопедичний словник
АНТИРЕЧОВИНА, речовина, що складається з античастинок, тотожних зі звичайними частинками за всіма параметрами, крім ЕЛЕКТРИЧНОГО ЗАРЯДУ, СПІНА І МАГНІТНОГО МОМЕНТУ, які мають зворотний знак. Коли античастинка, наприклад, позитрон… Науково-технічний енциклопедичний словник
Порівн. Матерія, утворена з античасток (у фізиці). Тлумачний словник Єфремової. Т. Ф. Єфремова. 2000 … Сучасний тлумачний словник Єфремової
Матерія, збудована з античастинок. Ядра атомів ва складаються з протонів і нейтронів, а елни утворюють оболонки атомів. В А. ядра складаються з антипротонів та антинейтронів, а місце ел нов у їх оболонках займають позитрони. Відповідно до совр. теорії, отрута … Фізична енциклопедія
Сущ., Кількість синонімів: 1 антиматерія (2) Словник синонімів ASIS. В.М. Трішин. 2013 … Словник синонімів
Антиречовина- Матерія, що складається з (див.). Питання про поширеність А. у Всесвіті поки що залишається відкритим. Велика політехнічна енциклопедія
Книжки
- Всесвіт у дзеркалі заднього виду. Чи був Бог правшою? Або прихована симетрія, антиречовина та бозон Хіггса, Дейв Голдберг. Чи не любите фізику? Ви просто не читали книги Дейва Голдберга! Ця книга познайомить вас з однією з найцікавіших тем сучасної фізики фундаментальними симетріями. Адже у нашій прекрасній…
- Всесвіт у дзеркалі заднього виду. Чи був Бог правшою? Або прихована симетрія, антиречовина та бозон, Голдберг Дейв. Чи не любите фізику? Ви просто не читали книги Дейва Голдберга! Ця книга познайомить вас з однією з найцікавіших тем сучасної фізики - фундаментальними симетріями. Адже у нашій…
Екологія пізнання Антиматерія давно була предметом наукової фантастики. У книзі та фільмі «Ангели та демони» професор Ленгдон намагається врятувати Ватикан від бомби з антиматерії. Космічний корабель «Ентерпрайз» із «Зоряного шляху» використовує двигун на основі
Антиматерія давно була предметом наукової фантастики. У книзі та фільмі «Ангели та демони» професор Ленгдон намагається врятувати Ватикан від бомби з антиматерії. Космічний корабель «Ентерпрайз» із «Зоряного шляху» використовує двигун на основі анігілюючої антиматерії для подорожей швидше за швидкість світла. Але антиматерія також є предметом нашої з вами реальності. Частинки антиматерії практично ідентичні своїм матеріальним партнерам, крім того, що переносять протилежний заряд і спин. Коли антиматерія зустрічає матерію, вони миттєво анігілюють в енергію, і це не вигадка.
Хоча бомби з антиматерії та кораблі на основі цього ж палива поки що не можливі на практиці, є багато фактів про антиматерії, які вас здивують або дозволять освіжити в пам'яті те, що ви вже знали.
1. Антиматерія мала знищити всю матерію у Всесвіті після Великого Вибуху
Відповідно до теорії, Великий Вибух породив матерію та антиматерію у рівних кількостях. Коли вони зустрічаються, відбувається взаємне знищення, анігіляція і залишається тільки чиста енергія. Виходячи з цього, ми не маємо існувати.
Але ми є. І наскільки знають фізики, це тому, що на кожен мільярд пар матерії-антиматерії була одна зайва частка матерії. Фізики з усіх сил намагаються пояснити цю асиметрію.
2. Антиматерія ближче до вас, ніж ви думаєте
Невеликі кількості антиматерії постійно проливаються дощем Землю як космічних променів, енергетичних частинок з космосу. Ці частинки антиречовини досягають нашої атмосфери з рівнем від однієї до сотні на квадратний метр. Вчені також мають у своєму розпорядженні свідчення того, що антиречовина народжується під час грози.
Є й інші джерела антиречовини, які є ближче до нас. Банани, наприклад, виробляють антиречовину, випускаючи один позитрон - антиречовий еківалент електрона - приблизно раз на 75 хвилин. Це відбувається тому, що банани містять невелику кількість калію-40, що зустрічається в природі ізотопу калію. При розпаді калію-40 іноді народжується позитрон.
Наші тіла також містять калій-40, а значить, і ви випромінюєте позитрони. Антиматерія анігілює миттєво при контакті з матерією, тому ці частинки антиречовини живуть не дуже довго.
3. Людям вдалося створити зовсім небагато антиматерії
Анігіляція антиматерії та матерії має потенціал вивільнення величезної кількості енергії. Грам антиматерії може зробити вибух розміром із ядерну бомбу. Втім, люди зробили не так багато антиматерії, тому боятися нема чого.
Усі антипротони, створені на прискорювачі частинок Теватроне у Лабораторії Фермі, навряд чи наберуть 15 нанограмів. У CERN на сьогоднішній день виробили лише близько 1 нанограма. У DESY у Німеччині - не більше 2 нанограмів позитронів.
Якщо вся антиматерія, створена людьми, анігілює миттєво, її енергії не вистачить навіть закип'ятити чашку чаю.
Проблема полягає в ефективності та вартості виробництва та зберігання антиречовини. Створення 1 грама антиматерії вимагає близько 25 мільйонів мільярдів кіловат-годин енергії і коштує понад мільйон мільярдів доларів. Не дивно, що антиречовина іноді включають до списку десяти найдорожчих речовин у світі.
4. Існує така річ, як пастка для антиматерії
Для вивчення антиматерії вам потрібно запобігти її анігіляції з матерією. Вчені знайшли кілька способів це здійснити.
Заряджені частки антиречовини, на кшталт позитронів і антипротонів, можна зберігати у про пастках Пеннінга. Вони схожі на крихітні прискорювачі частинок. Всередині них частинки рухаються спіраллю, поки магнітні та електричні поля утримують їх від зіткнення зі стінками пастки.
Проте пастки Пеннінга не працюють для нейтральних частинок на зразок антиводню. Оскільки вони не мають заряду, ці частки не можна обмежити електричними полями. Вони утримуються в пастках Іоффе, які працюють, створюючи область простору, де магнітне поле стає більшим у всіх напрямках. Частинки антиречовини застряють в області із найслабшим магнітним полем.
Магнітне поле Землі може виступати як пастки антиречовини. Антипротони знаходили у певних зонах навколо Землі – радіаційних поясах Ван Аллена.
5. Антиматерія може падати (у прямому значенні слова)
Частинки матерії та антиматерії мають одну масу, але різняться у властивостях на кшталт електричного заряду та спина. Стандартна модель передбачає, що гравітація повинна однаково впливати на матерію та антиматерію, однак це ще належить з'ясувати напевно. Експерименти типу AEGIS, ALPHA і GBAR працюють над цим.
Спостерігати за гравітаційним ефектом на прикладі антиматерії не так просто, як дивитися на яблуко, що падає з дерева. Ці експерименти вимагають утримання антиматерії в пастці або уповільнення її шляхом охолодження до температур трохи вище за абсолютний нуль. І оскільки гравітація - найслабша з фундаментальних сил, фізики повинні використовувати нейтральні частки антиматерії в цих експериментах, щоб запобігти взаємодії з потужнішою силою електрики.
6. Антиматерія вивчається у сповільнювачах частинок
Ви чули про прискорювачі частинок, а про сповільнювачі частинок чули? У CERN знаходиться машина під назвою Antiproton Decelerator, в кільці якого вловлюються та уповільнюються антипротони для вивчення їх властивостей та поведінки.
У кільцевих прискорювачах частинок на зразок Великого адронного колайдера частки отримують енергетичний поштовх щоразу, коли завершують коло. Уповільнювачі працюють протилежним чином: замість того, щоб розганяти частинки, їх штовхають у зворотний бік.
7. Нейтрино може бути своїми власними античастинками
Частка матерії та її антиматеріальний партнер переносять протилежні заряди, що дозволяє їх легко розрізнити. Нейтрино, майже безмасові частинки, які рідко взаємодіють із матерією, немає заряду. Вчені вважають, що вони можуть бути частинками майоранів, гіпотетичним класом частинок, які є своїми власними античастинками.
Проекти на зразок Majorana Demonstrator та EXO-200 спрямовані на визначення того, чи справді нейтрино є майоранівськими частинками, спостерігаючи за поведінкою так званого безнейтринного подвійного бета-розпаду.
Деякі радіоактивні ядра розпадаються одночасно, випускаючи два електрони і два нейтрино. Якби нейтрино були власними античастинками, вони б анігілювали після подвійного розпаду, і вченим залишилося б спостерігати лише електрони.
Пошук майоранівських нейтрино може допомогти пояснити, чому існує асиметрія матерії-антиматерії. Фізики припускають, що майоранівські нейтрино можуть бути важкими, або легкими. Легкі існують у наш час, а тяжкі існували одразу після Великого Вибуху. Тяжкі майоранівські нейтрино розпалися асиметрично, що призвело до появи крихітної кількості речовини, якою наповнилася наша Всесвіт.
8. Антиматерія використовується у медицині
PET, ПЕТ (позитронно-емісійна топографія) використовує позитрони для отримання зображень тіла у високій роздільній здатності. Випромінюючі позитрони радіоактивні ізотопи (на зразок тих, що ми знайшли в бананах) кріпляться до хімічних речовин на кшталт глюкози, яка є у тілі. Вони вводяться в кровотік, де розпадаються природним шляхом, випромінюючи позитрони. Ті, у свою чергу, зустрічаються з електронами тіла та анігілюють. Анігіляція виробляє гамма-промені, що використовуються для побудови зображення.
Вчені проекту ACE при CERN вивчають антиматерію як потенційного кандидата на лікування раку. Лікарі вже з'ясували, що можуть спрямовувати на пухлини промені частинок, що випромінюють свою енергію тільки після того, як безпечно пройдуть через здорову тканину. Використання антипротонів додасть додаткового вибуху енергії. Ця техніка була визнана ефективною для лікування хом'яків, тільки ось на людях поки що не випробовувалась.
9. Антиматерія може ховатися у космосі
Один із шляхів, яким вчені намагаються вирішити проблему асиметрії матерії-антиматерії, є пошук антиматерії, що залишилася після Великого Вибуху.
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) – це детектор частинок, який розташовується на Міжнародній космічній станції та шукає такі частки. AMS містить магнітні поля, які викривляють шлях космічних частинок та відокремлюють матерію від антиматерії. Його детектори повинні виявляти та ідентифікувати такі частинки у міру проходження.
Зіткнення космічних променів зазвичай виробляють позитрони та антипротони, але ймовірність створення атома антигелію залишається надзвичайно малою через гігантську кількість енергії, яка потрібна для цього процесу. Це означає, що спостереження хоча б одного ядерця антигелія буде потужним доказом існування гігантської кількості антиматерії десь у Всесвіті.
10. Люди насправді вивчають, як оснастити космічний апарат паливом на антиречовині
Зовсім небагато антиматерії може зробити величезну кількість енергії, що робить її популярним паливом для футуристичних кораблів у науковій фантастиці.
Рух ракети на антиречовині гіпотетично можливий; основним обмеженням є збір достатньої кількості антиречовини, щоб це могло здійснитися.
Поки що не існує технологій для масового виробництва або збору антиречовини в обсягах, необхідних для такого застосування. Проте вчені ведуть роботи над імітацією такого руху та зберігання цієї самої антиречовини. Одного разу, якщо ми знайдемо спосіб зробити велику кількість антиречовини, їх дослідження можуть допомогти міжзоряним подорожам втілитись у реальності.опубліковано