Što je antimaterija?
Objekti svemira - galaksije, zvijezde, kvazari, planeti, supernove, životinje i ljudi
Na temelju podataka dostupnih do danas, brpostoje antigalaksije, zvijezde ili drugi veliki predmeti antimaterije. I to je vrlo čudno: prema teoriji Velikog praska, u trenutku rođenja našeg Svemira pojavila se ista količina materije i antimaterije, a gdje je potonji otišao nije jasno. Trenutno postoje dva objašnjenja za ovaj fenomen: ili je antimaterija nestala odmah nakon eksplozije, ili postoji u nekim udaljenim dijelovima svemira, a mi je jednostavno još nismo otkrili. Ova je asimetrija jedan od najvažnijih neriješenih problema u suvremenoj fizici.
Antimaterija - materija sastavljena od antičestica -"Zrcalne refleksije" niza elementarnih čestica koje imaju jednak spin i masu, ali se međusobno razlikuju po znakovima svih ostalih karakteristika interakcije: električnog i naboja u boji, barionskih i leptonskih kvantnih brojeva. Neke čestice, na primjer foton, nemaju antičestice ili su, što je ista stvar, antičestice u odnosu na sebe.
Danas se vjeruje da antičestice reagiraju natemeljne sile koje određuju strukturu materije (jaka interakcija, formirajući jezgre i elektromagnetske, formirajući atome i molekule), potpuno su iste, stoga bi struktura antimaterije trebala biti jednaka strukturi "normalne" materije.
Što znači prefiks "anti"?
Ovaj prefiks obično koristimo zaoznačiti suprotnu pojavu. Što se tiče antimaterije - ona uključuje analoge elementarnih čestica koje imaju suprotan naboj, magnetski moment i neke druge karakteristike. Naravno, sva svojstva čestice ne mogu se poništiti. Na primjer, masa i vijek trajanja uvijek trebaju ostati pozitivni, usredotočujući se na njih, čestice se mogu pripisati jednoj kategoriji (na primjer, protoni ili neutroni).
Ako usporedimo proton i antiproton, onda nekenjihove su karakteristike jednake: masa oba je 938,2719 (98) megaelektronvolta, spin ½. No, električni naboj protona je 1, a antiproton ima minus 1, barionski broj (koji određuje broj jako interakcijskih čestica koje se sastoje od tri kvarka) iznosi 1, odnosno minus 1.
Neke čestice, kao što su Higgsov bozon i foton, nemaju antianaloge i nazivaju se pravim neutralima.
Većina antičestica zajedno s česticamapojavljuju se u procesu koji se naziva "rađanje para". Za formiranje takvog para potrebna je velika energija, odnosno ogromna brzina. U prirodi, antičestice nastaju kada se kozmičke zrake sudare sa Zemljinom atmosferom, unutar masivnih zvijezda, u blizini pulsara i aktivnih galaktičkih jezgri. Znanstvenici za to koriste i akceleratorske sudarače.
Gdje se antimaterija "minira" i čuva?
Antimaterija se iskopava u Velikom hadronusudarač, skuplja oblake antiprotona nakon što se snop protona sudari s metalnom metom i pažljivo usporava leteće čestice kako bi se mogle koristiti u narednim eksperimentima.
Autor: Maximilien Brice, CERN — CERN poslužitelj dokumenata, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29068932
Nabijene čestice antimaterije poput pozitronaa antiprotoni se mogu čuvati u takozvanim Penningovim zamkama. Oni su poput sićušnih ubrzivača čestica. Unutar njih, čestice se kreću spiralno, dok ih magnetska i električna polja sprječavaju da se sudare sa zidovima zamke.
Međutim, Penningove zamke ne radeneutralne čestice poput antihidrogena. Budući da nemaju naboj, ove se čestice ne mogu ograničiti na električna polja. Oni su zarobljeni u Ioffeovim zamkama, koje djeluju stvarajući područje prostora u kojem magnetsko polje postaje veće u svim smjerovima. Čestice antimaterije zaglave u području s najslabijim magnetskim poljem.
Zemljino magnetsko polje može djelovati kao zamka za antimateriju. Antiprotoni su pronađeni u određenim zonama oko Zemlje - Van Allenovim pojasevima zračenja.
Zašto je antimateriju tako teško dobiti?
Također je postalo jasno da je proučavanje ovog misterioznotvar je puno teže registrirati. Antičestice u stabilnom stanju još se nisu susrele u prirodi. Problem je u tome što se materija i antimaterija pri “dodiru” anihiliraju (međusobno uništavaju). U laboratorijima je sasvim moguće dobiti antimateriju, iako ju je prilično teško zadržati. Do sada su znanstvenici to uspjeli učiniti samo u roku od nekoliko minuta.
Pitanje skladištenja antimaterije prava je glavoboljabol za fizičare, jer antiprotoni i pozitroni trenutno uništavaju pri susretu s bilo kojim česticama obične tvari. Da bi ih zadržali, znanstvenici su morali smisliti lukave uređaje koji bi mogli spriječiti katastrofu. Nabijene antičestice pohranjene su u takozvanu Penningovu zamku koja nalikuje minijaturnom akceleratoru. Njegovo snažno magnetsko i električno polje sprječava sudaranje pozitrona i antiprotona sa stijenkama uređaja. Međutim, takav uređaj ne radi s neutralnim objektima poput atoma vodika. Za ovaj slučaj razvijena je Ioffe zamka. Zadržavanje antiatoma u njemu događa se zbog magnetskog polja.
Za što je sposobna antimaterija?
Može stvoriti samo šačica antimaterijeogromna količina energije. To ga čini popularnim gorivom za futuristička vozila znanstvene fantastike. Općenito je raketni motor antimaterije hipotetički moguć; glavno ograničenje je nakupljanje dovoljno antimaterije da se koristi.
Inače, energija 1 miligrama antimaterije dovoljna je za let do Marsa.
Trenutno nema dostupnih tehnologija zamasovna proizvodnja ili sakupljanje antimaterije u mjeri potrebnoj za ovu primjenu. Međutim, mali broj znanstvenika proveo je istraživanje simulacije kretanja i pohrane. Tu se ubrajaju Ronan Keen i Wei-Ming Zhang, koji su radili na akademiji Western Reserve i Državnom sveučilištu Kent, kao i Mark Weber i njegovi kolege sa Sveučilišta Washington. Jednog dana, ako uspijemo pronaći način da stvorimo ili prikupimo velike količine antimaterije, njihova bi istraživanja mogla pomoći da međuzvjezdana putovanja pomoću antimaterije postanu stvarnost.
Zašto još uvijek ne koristimo ovaj izvor energije?
Uništavanje antimaterije i materije možeoslobađaju ogromnu količinu energije. Gram antimaterije može izazvati eksploziju veličine nuklearne bombe. Međutim, ljudi su stvorili vrlo malo antimaterije.
Učinkovitost proizvodnje antimaterije je ogromna.Uzimajući u obzir troškove dobivanja antimaterije, možete vratiti samo desetinu milijarde (10-10) uložene energije. Kad bi znanstvenici mogli prikupiti svu antimateriju koju smo ikad proizveli u CERN-u i uništiti je materijom, tada bi bilo dovoljno energije za uključivanje jedne žarulje na nekoliko minuta.
Svi antiprotoni stvoreni u akceleratoru česticaTevatron u Fermilabu ima samo 15 nanograma. Proizvedeni u CERN-u imaju oko 1 nanogram. Do danas je DESY u Njemačkoj proizveo približno 2 nanograma pozitrona.
Kad bi se odjednom uništila sva antimaterija koju su ljudi ikad stvorili, proizvedena energija ne bi bila dovoljna ni za kuhanje šalice čaja.
Problem su učinkovitost i trošakproizvodnja i skladištenje antimaterije. Za proizvodnju 1 grama antimaterije bit će potrebno približno 25 milijuna milijardi kilovat-sati energije i više od milijun milijardi dolara.
Čitaj više
Genijalnost helikopter uspješno uzlijeće na Mars
Stvorena je prva točna karta svijeta. Što nije u redu sa svima ostalima?
NASA je rekla kako će dostaviti uzorke Marsa na Zemlju
Spin je pravi kutni moment osnovnih elementarnih čestica, koji ima kvantnu prirodu i nije povezan s kretanjem čestice u cjelini.