Co je antihmota?
Objekty ve vesmíru – galaxie, hvězdy, kvasary, planety, supernovy, zvířata a lidé
Na základě dosud dostupných údajů čexistují antigalaxie, antihvězdy nebo jiné velké antihmoty. A to je velmi podivné: podle teorie velkého třesku se v okamžiku zrodu našeho vesmíru objevilo stejné množství hmoty a antihmoty, a není jasné, kam se ta druhá dostala. V současné době existují dvě vysvětlení tohoto jevu: buď antihmota zmizela bezprostředně po výbuchu, nebo existuje v některých vzdálených částech vesmíru a my jsme ji zatím ještě neobjevili. Tato asymetrie je jedním z nejdůležitějších nevyřešených problémů moderní fyziky.
Antihmota - hmota složená z antičástic -„Zrcadlové odrazy“ řady elementárních částic, které mají stejnou rotaci a hmotnost, ale navzájem se liší známkami všech ostatních charakteristik interakce: elektrický a barevný náboj, kvantová čísla baryonu a leptonu. Některé částice, například foton, nemají antičástice nebo, což je totéž, jsou antičástice ve vztahu k sobě samým.
Dnes se věří, že antičástice reagujízákladní síly, které určují strukturu hmoty (silná interakce, formování jader a elektromagnetické, formování atomů a molekul), jsou přesně stejné, proto by struktura antihmoty měla být stejná jako struktura „normální“ hmoty.
A co znamená předpona "anti"?
Tuto předponu obvykle používámeurčit opačný jev. Pokud jde o antihmotu - zahrnuje analogy elementárních částic, které mají opačný náboj, magnetický moment a některé další vlastnosti. Samozřejmě nelze vrátit všechny vlastnosti částice. Například hmotnost a životnost by měly vždy zůstat pozitivní, zaměřit se na ně, částice lze připsat do jedné kategorie (například protony nebo neutrony).
Porovnáme-li proton a antiproton, pak některéjejich vlastnosti jsou stejné: hmotnost obou je 938,2719 (98) megaelektronvoltů, spin ½. Ale elektrický náboj protonu je 1 a antiproton má minus 1, baryonové číslo (které určuje počet silně interagujících částic skládajících se ze tří kvarků) je 1, respektive minus 1.
Některé částice, jako je Higgsův boson a foton, nemají analogie a nazývají se skutečné neutrální.
Většina antičástic spolu s částicemi se objevuje v procesu zvaném "produkce páry", který vyžaduje vysokou energii nebo obrovskou rychlost k vytvoření takového páru.V přírodě antičástice vznikají, když se kosmické záření srazí se zemskou atmosférou, uvnitř hmotných hvězd, v blízkosti pulsarů a aktivních galaktických jader.Vědci k tomu používají urychlovače-urychlovače.
Kde je antihmota „vytěžena“ a uložena?
Antihmota se těží ve Velkém hadronovém urychlovači shromažďováním oblaků antiprotonů poté, co se protonový paprsek srazí s kovovým terčem a jemně zpomalí letící částice, aby mohly být použity v následných experimentech.
Autor: Maximilien Brice, CERN — CERN Document Server, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29068932
Nabité částice antihmoty jako pozitronya antiprotony lze skladovat v tzv. Penningových pastech. Jsou jako malé urychlovače částic. V nich se částice pohybují ve spirále, zatímco magnetická a elektrická pole jim brání v srážce se stěnami pasti.
Penningovy pasti však nefungujíneutrální částice jako antihydrogen. Protože tyto částice nemají náboj, nelze je omezit na elektrická pole. Jsou uvězněni v Ioffových pasti, které fungují vytvořením oblasti vesmíru, kde se magnetické pole zvětšuje ve všech směrech. Částice antihmoty se zaseknou v oblasti s nejslabším magnetickým polem.
Zemské magnetické pole může působit jako pasti antihmoty. Antiprotony byly nalezeny v určitých zónách kolem Země - Van Allenovy radiační pásy.
Proč je antihmota tak těžké získat?
Ukázalo se také, že studium této záhadné látky je mnohem obtížnější než její registrace.Problém je v tom , že hmota a antihmota anihilují, když se "dotknou"V laboratořích je docela možné vyrábět antihmotu, i když je docela obtížné ji udržet.Dosud to vědci dokázali udělat jen během několika minut.
Problém s ukládáním antihmoty je skutečná bolest hlavybolest pro fyziky, protože antiprotony a pozitrony okamžitě zničí, když se setkají s částicemi obyčejné hmoty. Aby si je vědci uchovali, museli přijít s mazanými zařízeními, která by mohla zabránit katastrofě. Nabité antičástice jsou uloženy v takzvané Penningově pasti, která připomíná miniaturní urychlovač. Jeho silné magnetické a elektrické pole zabraňuje kolizi pozitronů a antiprotonů se stěnami zařízení. Takové zařízení však nefunguje s neutrálními objekty, jako je atom antihydrogenu. Pro tento případ byla vyvinuta past Ioffe. Retence antiatomů v něm nastává v důsledku magnetického pole.
Co je antihmota schopná?
Vyrábí jen hrstka antihmotyobrovské množství energie. Díky tomu je oblíbeným palivem pro futuristická sci-fi vozidla. Obecně je antihmotový raketový motor hypoteticky možný; hlavním omezením je akumulace dostatečného množství antihmoty pro jeho použití.
Mimochodem, energie 1 miligramu antihmoty stačí na let na Mars.
V současné době nejsou k dispozici žádné technologiehromadná výroba nebo sběr antihmoty v rozsahu požadovaném pro tuto aplikaci. Malý počet vědců však provedl výzkum simulace pohybu a ukládání. Patří mezi ně Ronan Keen a Wei-Ming Zhang, kteří pracovali na Western Reserve Academy a Kent State University, stejně jako Mark Weber a jeho kolegové na Washington State University. Jednoho dne, pokud najdeme způsob, jak vytvořit nebo shromáždit velké množství antihmoty, jejich výzkum by mohl pomoci učinit mezihvězdné cestování pomocí antihmoty realitou.
Proč stále nepoužíváme tento zdroj energie?
Zničení antihmoty a hmoty můžeuvolněte obrovské množství energie. Gram antihmoty může způsobit výbuch o velikosti jaderné bomby. Lidé však vyrobili velmi málo antihmoty.
Neefektivita výroby antihmoty je obrovská.S přihlédnutím k nákladům na získání antihmoty můžete získat zpět jen desetinu miliardy (10–10) investované energie. Pokud by vědci dokázali shromáždit veškerou antihmotu, kterou jsme kdy v CERNu vyrobili, a zničit ji hmotou, pak by zbývalo jen tolik energie, aby se jedna žárovka zapnula na několik minut.
Všechny antiprotony vytvořené v urychlovači částicTevatron ve Fermilab má jen 15 nanogramů. Produkce v CERNu jsou asi 1 nanogram. K dnešnímu dni společnost DESY v Německu vyprodukovala přibližně 2 nanogramy pozitronů.
Pokud by byla veškerá antihmota, kterou kdy lidé vyprodukovali, zničena najednou, vyrobená energie by ani nestačila k uvaření šálku čaje.
Problém je v efektivitě a nákladechvýroba a skladování antihmoty. Výroba 1 gramu antihmoty bude vyžadovat přibližně 25 milionů miliard kilowatthodin energie a více než milion miliard dolarů.
Přečtěte si více
Vrtulník vynalézavosti úspěšně startuje na Marsu
Byla vytvořena první přesná mapa světa. Co se děje s ostatními?
NASA řekla, jak budou dodávat vzorky Marsu na Zemi
Spin je správný moment hybnosti elementárních částic, který má kvantovou povahu a není spojen s pohybem částice jako celku.