반물질이란 무엇입니까?
우주의 물체 - 은하계, 별, 퀘이사, 행성, 초신성, 동물 및 사람
현재까지 사용 가능한 데이터에 따르면항 은하, 반성 또는 기타 큰 반물질이 있습니다. 그리고 이것은 매우 이상합니다. 빅뱅 이론에 따르면 우리 우주가 탄생하는 순간에 같은 양의 물질과 반물질이 나타 났으며 후자가 어디로 갔는지는 명확하지 않습니다. 현재이 현상에 대한 두 가지 설명이 있습니다. 반물질이 폭발 직후 사라 졌거나 우주의 먼 지역에 존재하며 우리는 아직 발견하지 못했습니다. 이 비대칭은 현대 물리학에서 가장 중요한 미해결 문제 중 하나입니다.
반물질-반입자로 구성된 물질-스핀과 질량은 같지만 상호 작용의 다른 모든 특성 (전기 및 색 전하, 바리온 및 렙톤 양자 수)의 징후가 서로 다른 여러 기본 입자의 "거울 반사". 예를 들어 광자와 같은 일부 입자는 반입자를 갖지 않거나 똑같은 것이 그들 자신과 관련하여 반입자입니다.
오늘날 반입자는 다음에 반응한다고 믿어집니다.물질의 구조를 결정하는 근본적인 힘 (강한 상호 작용, 핵 형성 및 전자기, 원자와 분자 형성)은 정확히 동일하므로 반물질의 구조는 "정상"물질의 구조와 동일해야합니다.
접두사 "anti"는 무엇을 의미합니까?
일반적으로이 접두사를 사용하여반대 현상을 지정하십시오. 반물질에 관해서는 반대 전하, 자기 모멘트 및 기타 특성을 가진 기본 입자의 유사체를 포함합니다. 물론 입자의 모든 속성을 되돌릴 수는 없습니다. 예를 들어 질량과 수명은 항상 양수로 유지되어야하며, 입자에 초점을 맞추고 입자는 하나의 범주 (예 : 양성자 또는 중성자)에 속할 수 있습니다.
양성자와 반 양성자를 비교하면그들의 특성은 동일합니다. 둘 다 질량은 938.2719 (98) 메가 전자 볼트, 스핀 ½입니다. 그러나 양성자의 전하는 1이고 반양성자는 마이너스 1이며, 바리온 수 (3 쿼크로 구성된 강하게 상호 작용하는 입자의 수를 결정)는 각각 1과 마이너스 1입니다.
힉스 보손과 광자와 같은 일부 입자는 반유사체가 없으며 진정한 중성이라고 불립니다.
입자와 함께 대부분의 반입자'쌍 탄생'이라는 과정을 통해 나타난다. 그러한 쌍을 형성하려면 높은 에너지, 즉 엄청난 속도가 필요합니다. 자연에서 반입자는 우주선이 지구 대기, 거대한 별 내부, 펄서 및 활성 은하핵 근처와 충돌할 때 발생합니다. 과학자들은 또한 이를 위해 가속기 충돌기를 사용합니다.
반물질은 어디에 "채굴"되고 저장됩니까?
반물질은 대형 강입자에서 채굴됩니다.충돌기, 양성자 빔이 금속 표적과 충돌한 후 반양성자 구름을 수집하고 후속 실험에 사용할 수 있도록 날아다니는 입자의 속도를 조심스럽게 늦춥니다.
저자: 막시밀리앙 브라이스, CERN — CERN 문서 서버, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29068932
양전자와 같은 하전 된 반물질 입자반양성자는 소위 Penning 트랩에 저장 될 수 있습니다. 그들은 작은 입자 가속기와 같습니다. 그 안에는 입자가 나선형으로 움직이고 자기장과 전기장이 트랩 벽과 충돌하는 것을 방지합니다.
그러나 Penning의 함정은 작동하지 않습니다.항 수소와 같은 중성 입자. 전하가 없기 때문에 이러한 입자는 전기장에 국한 될 수 없습니다. 그들은 자기장이 모든 방향으로 커지는 공간 영역을 생성함으로써 작동하는 Ioffe의 트랩에 갇혀 있습니다. 반물질 입자는 자기장이 가장 약한 영역에 끼어 있습니다.
지구의 자기장은 반물질의 함정 역할을 할 수 있습니다. 반양성자는 지구 주변의 특정 구역 인 Van Allen 방사선 벨트에서 발견되었습니다.
반물질을 얻기가 왜 그렇게 어려운가요?
이 신비한 연구를 연구한다는 것도 분명해졌습니다.물질은 등록하기가 훨씬 더 어렵습니다. 안정된 상태의 반입자는 아직 자연에서 발견된 적이 없습니다. 문제는 물질과 반물질이 '접촉'하면 소멸(상호 파괴)된다는 점이다. 반물질을 격리하는 것은 매우 어렵더라도 실험실에서 반물질을 얻는 것은 가능합니다. 지금까지 과학자들은 이 일을 단 몇 분만에 해낼 수 있었습니다.
반물질 저장 문제는 진짜 골칫거리입니다물리학 자들에게는 고통 스럽습니다. 반양성자와 양전자는 일반 물질의 입자와 만나면 즉시 소멸되기 때문입니다. 이를 유지하기 위해 과학자들은 재앙을 막을 수있는 교활한 장치를 찾아야했습니다. 하전 된 반입자는 소형 가속기와 유사한 소위 페닝 트랩에 저장됩니다. 강력한 자기장 및 전기장은 양전자와 반양성자가 장치 벽과 충돌하는 것을 방지합니다. 그러나 이러한 장치는 반 수소 원자와 같은 중성 물체에서는 작동하지 않습니다. 이 경우 Ioffe 트랩이 개발되었습니다. 반원 자의 보유는 자기장으로 인해 발생합니다.
반물질은 무엇을 할 수 있습니까?
소수의 반물질만으로도엄청난 양의 에너지. 이것은 미래의 공상 과학 차량에 인기있는 연료로 만듭니다. 일반적으로 반물질 로켓 엔진은 가상적으로 가능합니다. 주요 한계는 그것을 사용하기에 충분한 반물질의 축적입니다.
그건 그렇고, 반물질 1mg의 에너지는 화성으로 날아갈 수 있을 만큼 충분합니다.
현재 사용할 수있는 기술이 없습니다.이 응용 프로그램에 필요한 범위 내에서 대량 생산 또는 반물질 수집. 그러나 소수의 과학자들이 모션 및 저장 시뮬레이션에 대한 연구를 수행했습니다. 여기에는 각각 Western Reserve Academy와 Kent State University에서 근무한 Ronan Keen과 Wei-Ming Zhang과 Washington State University의 Mark Weber와 그의 동료가 포함됩니다. 언젠가 우리가 다량의 반물질을 생성하거나 수집하는 방법을 찾을 수 있다면 그들의 연구는 반물질을 사용하여 성간 여행을 현실화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
왜 우리는 여전히이 에너지 원을 사용하지 않습니까?
반물질과 물질의 소멸은엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 반물질 1g은 핵폭탄 크기의 폭발을 일으킬 수 있습니다. 그러나 인간은 매우 적은 양의 반물질을 생성했습니다.
반물질 생산의 비 효율성은 엄청납니다.반물질을 얻는 데 드는 비용을 고려하면 투자 한 에너지의 10 분의 1 (10-10) 만 되돌릴 수 있습니다. 과학자들이 우리가 CERN에서 생산 한 모든 반물질을 모아 물질로 전멸시킬 수 있다면, 몇 분 동안 전구 하나를 켤 수있는 에너지 만 충분할 것입니다.
입자 가속기에서 생성 된 모든 반양성자Fermilab의 Tevatron은 15 나노 그램에 불과합니다. CERN에서 생산되는 것은 약 1 나노 그램입니다. 현재까지 독일의 DESY는 약 2 나노 그램의 양전자를 생산했습니다.
인간이 생산 한 모든 반물질이 한꺼번에 파괴된다면 생산 된 에너지는 차 한 잔을 끓이기에도 충분하지 않을 것입니다.
Проблема заключается в эффективности и стоимости 반물질의 생산 및 저장. 1g의 반물질을 생산하려면 약 2500 억 킬로와트시의 에너지와 백만 억 달러 이상이 필요합니다.
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스핀은 기본 입자의 적절한 각운동량으로, 양자 특성을 가지며 입자 전체의 운동과 관련이 없습니다.