Kas yra antimaterija?
Visatos objektai – galaktikos, žvaigždės, kvazarai, planetos, supernovos, gyvūnai ir žmonės
Remiantis iki šiol turimais duomenimis, Nryra antigalaktikos, ant žvaigždžių ar kitų didelių antimaterijos objektų. Ir tai yra labai keista: remiantis Didžiojo sprogimo teorija, mūsų Visatos gimimo momentu atsirado tiek pat materijos ir antimaterijos, o kur pastaroji nuėjo, nėra aišku. Šiuo metu šį reiškinį galima paaiškinti dviem būdais: arba antimaterija išnyko iškart po sprogimo, arba ji egzistuoja kai kuriose tolimose visatos dalyse, o mes jos paprasčiausiai dar neatradome. Ši asimetrija yra viena iš svarbiausių neišspręstų šiuolaikinės fizikos problemų.
Antimaterija - medžiaga, sudaryta iš dalelių -„Veidrodiniai atspindžiai“ iš daugybės elementariųjų dalelių, kurių sukimasis ir masė yra vienodi, tačiau skiriasi viena nuo kitos visų kitų sąveikos charakteristikų požymiais: elektrinio ir spalvinio krūvio, bariono ir leptono kvantiniais skaičiais. Kai kurios dalelės, pavyzdžiui, fotonas, neturi antidalelių arba, tas pats dalykas, yra antidalelės savo atžvilgiu.
Šiandien manoma, kad antidalelės reaguojapagrindinės jėgos, lemiančios materijos struktūrą (stipri sąveika, formuojantys branduolius ir elektromagnetinės, formuojančios atomus ir molekules), yra visiškai vienodos, todėl antimaterijos struktūra turėtų būti tokia pati kaip „normalios“ materijos struktūra.
Ką reiškia priešdėlis „anti“?
Paprastai mes naudojame šį priešdėlį įpaskirti priešingą reiškinį. Kalbant apie antimateriją - tai elementariųjų dalelių, turinčių priešingą krūvį, magnetinį momentą ir kai kurias kitas savybes, analogai. Žinoma, negalima pakeisti visų dalelės savybių. Pavyzdžiui, masė ir gyvenimo trukmė visada turi likti teigiami, sutelkiant dėmesį į juos, daleles galima priskirti vienai kategorijai (pavyzdžiui, protonams ar neutronams).
Jei palyginsime protoną ir antiprotoną, tada kai kuriuosjų charakteristikos yra tos pačios: abiejų masė yra 938,2719 (98) megaelektronvoltai, sukinys ½. Bet protono elektrinis krūvis yra 1, o antiprotonas turi minusą 1, bariono skaičius (kuris lemia stipriai sąveikaujančių dalelių, susidedančių iš trijų kvarkų, skaičių) yra atitinkamai 1 ir minus 1.
Kai kurios dalelės, tokios kaip Higso bozonas ir fotonas, neturi antianalogų ir yra vadinamos tikrosiomis neutraliomis.
Dauguma antidalelių kartu su dalelėmisatsiranda procese, vadinamame „gimimu poroje“. Norint suformuoti tokią porą, reikalinga didelė energija, tai yra didžiulis greitis. Gamtoje antidalelės atsiranda, kai kosminiai spinduliai susiduria su Žemės atmosfera, masyvių žvaigždžių viduje, šalia pulsarų ir aktyvių galaktikos branduolių. Tam mokslininkai taip pat naudoja greitintuvus.
Kur „kasama“ ir saugoma antimaterija?
Antimedžiaga išgaunama Didžiajame hadronegreitintuvas, renkantis antiprotonų debesis po protonų pluošto susidūrimo su metaliniu taikiniu ir atsargiai sulėtinantis skraidančias daleles, kad jas būtų galima panaudoti tolesniuose eksperimentuose.
Autorius: Maximilien Brice, CERN — CERN dokumentų serveris, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29068932
Įkrautos antimaterijos dalelės, tokios kaip pozitronaiantiprotonus galima laikyti vadinamuosiuose „Penning“ spąstuose. Jie yra kaip maži dalelių greitintuvai. Jų viduje dalelės juda spirale, o magnetiniai ir elektriniai laukai neleidžia susidurti su gaudyklės sienomis.
Tačiau Penningo spąstai neveikianeutralios dalelės kaip antivandenilis. Kadangi jos neturi jokio įkrovimo, šios dalelės negali apsiriboti elektriniais laukais. Jie yra įstrigę Ioffe spąstuose, kurie veikia kurdami erdvės plotą, kuriame magnetinis laukas tampa didesnis visomis kryptimis. Antimaterijos dalelės įstringa silpniausio magnetinio lauko srityje.
Žemės magnetinis laukas gali veikti kaip antimaterijos spąstai. Antiprotonai buvo rasti tam tikrose aplink Žemę esančiose zonose - Van Alleno radiacijos juostose.
Kodėl antimateriją taip sunku gauti?
Taip pat tapo aišku, kad studijuojant šį paslaptingącheminę medžiagą daug sunkiau registruoti. Stabilios būsenos antidalelės gamtoje dar nebuvo aptiktos. Problema ta, kad materija ir antimedžiaga „susisiekus“ sunaikina (abi naikina viena kitą). Visiškai įmanoma gauti antimedžiagos laboratorijose, nors ją gana sunku sulaikyti. Kol kas mokslininkams tai pavyko padaryti tik per kelias minutes.
Antimaterijos laikymo problema yra tikras galvos skausmasskausmas fizikams, nes antiprotonai ir pozitronai akimirksniu sunaikinami susitikus su bet kuriomis paprastosios materijos dalelėmis. Norėdami juos išlaikyti, mokslininkai turėjo sugalvoti gudrius prietaisus, kurie galėtų užkirsti kelią katastrofai. Įkrautos dalelės yra laikomos vadinamosiose Peningo gaudyklėse, kurios primena miniatiūrinį greitintuvą. Jo galingas magnetinis ir elektrinis laukas neleidžia positronams ir antiprotonams susidurti su prietaiso sienomis. Tačiau toks prietaisas neveikia su neutraliais objektais, tokiais kaip antihidrogeno atomas. Šiam atvejui buvo sukurti „Ioffe“ spąstai. Antiatomų sulaikymas joje įvyksta dėl magnetinio lauko.
Ką sugeba antimaterija?
Tik kelios antimaterijos gali pagamintididžiulis energijos kiekis. Dėl to tai yra populiarus futuristinės mokslinės fantastikos transporto priemonių kuras. Apskritai antimaterijos raketos variklis hipotetiškai įmanomas; pagrindinis apribojimas yra pakankamai antimaterijos kaupimas, kad ją būtų galima naudoti.
Beje, 1 miligramo antimedžiagos energijos pakanka nuskristi į Marsą.
Šiuo metu nėra jokių prieinamų technologijųmasinė antimaterijos gamyba ar rinkimas tiek, kiek reikia šiam taikymui. Tačiau nedaugelis mokslininkų atliko judesio ir kaupimo modeliavimo tyrimus. Tarp jų yra Ronanas Keenas ir Wei-Mingas Zhangas, dirbę atitinkamai Vakarų rezervo akademijoje ir Kento valstybiniame universitete, taip pat Markas Weberis ir jo kolegos Vašingtono valstijos universitete. Kada nors, jei galime rasti būdą sukurti ar surinkti didelį kiekį antimaterijos, jų tyrimai galėtų padėti tarpžvaigždines keliones naudojant antimateriją paversti realybe.
Kodėl vis dar nenaudojame šio energijos šaltinio?
Antimaterijos ir materijos sunaikinimas galiišleisti didžiulį energijos kiekį. Gramas antimaterijos gali sukelti atominės bombos dydžio sprogimą. Tačiau žmonės pagamino labai mažą kiekį antimaterijos.
Antimaterijos gamybos neefektyvumas yra didžiulis.Atsižvelgiant į antimaterijos gavimo išlaidas, galite susigrąžinti tik dešimtadalį milijardo (10–10) investuotos energijos. Jei mokslininkai galėtų surinkti visas antimaterijas, kurias mes kada nors gaminome CERN, ir sunaikinti jas materija, tada energijos pakaktų tik kelioms minutėms įjungti vieną lemputę.
Visi antiprotonai, sukurti dalelių greitintuve„Fevatilab“ „Tevatron“ yra tik 15 nanogramų. Pagamintų CERN yra apie 1 nanogramas. Iki šiol „DESY“ Vokietijoje pagamino maždaug 2 nanogramus pozitronų.
Jei visos žmogaus sukurtos antimaterijos būtų sunaikintos vienu metu, pagamintos energijos net nepakaktų puodeliui arbatos išvirti.
Problema yra efektyvumas ir išlaidosantimaterijos gamyba ir saugojimas. Norint pagaminti 1 gramą antimaterijos, reikės maždaug 25 milijonų milijardų kilovatvalandžių energijos ir daugiau nei milijono milijardų dolerių.
Skaityti daugiau
Išradingumo sraigtasparnis sėkmingai pakyla Marse
Buvo sukurtas pirmasis tikslus pasaulio žemėlapis. Kas negerai visiems kitiems?
NASA pasakojo, kaip jie pristatys Marso pavyzdžius į Žemę
Sukimas yra tinkamas elementariųjų dalelių kampinis impulsas, turintis kvantinį pobūdį ir nesusijęs su dalelės kaip visumos judesiu.