Kas ir antimatter?
Visuma objekti - galaktikas, zvaigznes, kvazāri, planētas, supernovas, dzīvnieki un cilvēki
Pamatojoties uz līdz šim pieejamajiem datiem, Nrir antigalaksijas, pretzvaigznes vai citi lieli antimatter objekti. Un tas ir ļoti dīvaini: saskaņā ar Lielā sprādziena teoriju mūsu Visuma dzimšanas brīdī parādījās tikpat daudz matērijas un antimatērijas, un nav skaidrs, kurp pēdējais aizgāja. Pašlaik šai parādībai ir divi izskaidrojumi: vai nu antimatērija pazuda tūlīt pēc sprādziena, vai arī tā pastāv dažās Visuma tālākajās daļās, un mēs to vienkārši vēl neesam atklājuši. Šī asimetrija ir viena no vissvarīgākajām mūsdienu fizikas neatrisinātajām problēmām.
Antimatērija - viela, kas sastāv no antidaļiņām -"Spoguļa atstarojumi" no vairākām elementārdaļiņām, kurām ir vienāds grieziens un masa, bet viena no otras atšķiras ar visām citām mijiedarbības pazīmēm: elektrisko un krāsu lādiņu, bariona un leptona kvantu skaitļiem. Dažām daļiņām, piemēram, fotonam, nav antivielu daļiņu vai, kas ir tas pats, tās ir pret daļiņas attiecībā pret sevi.
Mūsdienās tiek uzskatīts, ka pret daļiņas reaģē uzfundamentālie spēki, kas nosaka vielas struktūru (stipra mijiedarbība, kodolu veidošana un elektromagnētiskā, veidojošie atomi un molekulas), ir tieši tādi paši, tāpēc antimatter struktūrai jābūt tādai pašai kā "normālas" vielas struktūrai.
Ko nozīmē prefikss “anti”?
Parasti mēs izmantojam šo prefiksuapzīmē pretēju parādību. Kas attiecas uz antimatēriju - tajā ietilpst elementāru daļiņu analogi, kuriem ir pretējs lādiņš, magnētiskais moments un dažas citas īpašības. Protams, visas daļiņas īpašības nevar mainīt. Piemēram, masai un kalpošanas laikam vienmēr jābūt pozitīvam, koncentrējoties uz tiem, daļiņas var attiecināt uz vienu kategoriju (piemēram, protonus vai neitronus).
Ja salīdzinām protonu un antiprotonu, tad dažusto īpašības ir vienādas: abu masa ir 938,2719 (98) megaelektronvolt, spin ½. Bet protona elektriskais lādiņš ir 1, un antiprotonam ir mīnus 1, bariona skaitlis (kas nosaka stipri mijiedarbojošos daļiņu skaitu, kas sastāv no trim kvarkiem) ir attiecīgi 1 un mīnus 1.
Dažām daļiņām, piemēram, Higsa bozonam un fotonam, nav antianalogu, un tās sauc par patiesām neitrālām.
Lielākā daļa antidaļiņu kopā ar daļiņāmparādās procesā, ko sauc par "dzimšanu pārī". Lai izveidotu šādu pāri, ir nepieciešama liela enerģija, tas ir, milzīgs ātrums. Dabā antidaļiņas rodas, kad kosmiskie stari saduras ar Zemes atmosfēru, masīvu zvaigžņu iekšpusē, pulsāru un aktīvo galaktikas kodolu tuvumā. Zinātnieki šim nolūkam izmanto arī paātrinātājus.
Kur antimaterija tiek "iegūta" un uzglabāta?
Antimateriālu iegūst Lielajā hadronākoliders, savācot antiprotonu mākoņus pēc protonu kūļa sadursmes ar metāla mērķi un uzmanīgi palēninot lidojošās daļiņas, lai tās varētu izmantot turpmākajos eksperimentos.
Autors: Maximilien Brice, CERN & # 8212; CERN dokumentu serveris, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29068932
Uzlādētas antimatērijas daļiņas, piemēram, pozitroniun antiprotonus var uzglabāt tā sauktajos Peninga slazdos. Tie ir kā niecīgi daļiņu paātrinātāji. Viņu iekšienē daļiņas pārvietojas spirālē, savukārt magnētiskais un elektriskais lauks neļauj tām sadurties ar slazdu sienām.
Tomēr Peninga slazdi nedarbojasneitrālas daļiņas, piemēram, pretūdeņradis. Tā kā tām nav lādiņa, šīs daļiņas nevar aprobežoties ar elektriskajiem laukiem. Viņi ir ieslodzīti Ioffe slazdos, kas darbojas, izveidojot telpas laukumu, kurā magnētiskais lauks kļūst lielāks visos virzienos. Antimatērijas daļiņas iestrēgst apgabalā ar vājāko magnētisko lauku.
Zemes magnētiskais lauks var darboties kā antimaterijas slazds. Antiprotoni tika atrasti noteiktās zonās ap Zemi - Van Allena radiācijas jostās.
Kāpēc antimatter ir tik grūti iegūt?
Tāpat kļuva skaidrs, ka pētot šo noslēpumainovielu ir daudz grūtāk reģistrēt. Antidaļiņas stabilā stāvoklī dabā vēl nav sastaptas. Problēma ir tāda, ka matērija un antimateriāls “saskaroties” iznīcina (savstarpēji iznīcina viens otru). Laboratorijās ir pilnīgi iespējams iegūt antimateriālu, lai gan to ir diezgan grūti saturēt. Līdz šim zinātnieki to ir spējuši izdarīt tikai dažu minūšu laikā.
Antimatter uzglabāšanas jautājums ir reālas galvassāpessāpes fiziķiem, jo antiprotoni un pozitroni uzreiz iznīcina, tiekoties ar jebkurām parastās vielas daļiņām. Lai tos saglabātu, zinātniekiem bija jāizdomā viltīgas ierīces, kas varētu novērst katastrofu. Uzlādētās anti daļiņas tiek glabātas tā dēvētajā Peninga slazdā, kas atgādina miniatūru akseleratoru. Tā spēcīgais magnētiskais un elektriskais lauks novērš pozitronu un antiprotonu sadursmi ar ierīces sienām. Tomēr šāda ierīce nedarbojas ar neitrāliem objektiem, piemēram, pretūdeņraža atomu. Šim gadījumam tika izveidots Ioffe slazds. Antiatomu aizture tajā notiek magnētiskā lauka dēļ.
Ko spēj antimatērija?
Tikai nedaudz antimatter var radītmilzīgs enerģijas daudzums. Tas padara to par populāru degvielu futūristiskiem zinātniskās fantastikas transportlīdzekļiem. Parasti antimatērijas raķešu dzinējs ir hipotētiski iespējams; galvenais ierobežojums ir pietiekami daudz antimatter uzkrāšanās, lai to izmantotu.
Starp citu, ar 1 miligrama antimatērijas enerģiju pietiek, lai aizlidotu uz Marsu.
Pašlaik nav pieejama tehnoloģijaantimatter masveida ražošana vai savākšana tādā apjomā, kāds vajadzīgs šim pielietojumam. Tomēr neliels skaits zinātnieku ir veikuši pētījumus par kustības un uzglabāšanas simulāciju. To vidū ir Ronans Kīns un Veijs Mings Džans, kuri strādāja attiecīgi Rietumu rezerves akadēmijā un Kentas štata universitātē, kā arī Marks Vēbers un viņa kolēģi Vašingtonas štata universitātē. Kādreiz, ja mēs varam atrast veidu, kā izveidot vai savākt lielu daudzumu antimatter, viņu pētījumi varētu palīdzēt padarīt starpzvaigžņu ceļojumus, izmantojot antimatēriju, par realitāti.
Kāpēc mēs joprojām neizmantojam šo enerģijas avotu?
Antimatērijas un matērijas iznīcināšana varatbrīvot milzīgu enerģijas daudzumu. Grams antimatter var izraisīt kodolbumbas izmēra sprādzienu. Tomēr cilvēki ir ražojuši ļoti maz antimatter.
Antimatērijas ražošanas neefektivitāte ir milzīga.Ņemot vērā antimatērijas iegūšanas izmaksas, jūs varat atgūt tikai desmito daļu no miljarda (10–10) ieguldītās enerģijas. Ja zinātnieki spētu savākt visu antimatteru, ko mēs jebkad esam ražojuši CERN, un iznīcināt to ar matēriju, tad enerģijas pietiktu tikai dažas minūtes ieslēgt vienu spuldzi.
Visi antiprotoni, kas izveidoti daļiņu paātrinātājāFermilabā esošais Tevatron ir tikai 15 nanogrami. Tie, kas ražoti CERN, ir aptuveni 1 nanograms. Līdz šim DESY Vācijā ir saražojusi aptuveni 2 nanogramus pozitronu.
Ja visas antimatter, ko cilvēki jebkad ražojuši, tiktu iznīcināti uzreiz, ar saražoto enerģiju pat nepietiktu, lai uzvārītu tasi tējas.
Problēma ir efektivitāte un izmaksasantimatter ražošana un uzglabāšana. 1 grama antimatter ražošanai būs nepieciešami aptuveni 25 miljoni miljardi kilovatstundu enerģijas un vairāk nekā miljons miljardi dolāru.
Lasīt vairāk
Atjautības helikopters veiksmīgi paceļas uz Marsa
Tika izveidota pirmā precīzā pasaules karte. Kas vainas visiem pārējiem?
NASA pastāstīja, kā viņi nogādās Marsa paraugus uz Zemes
Spin ir pareizais elementārdaļiņu leņķiskais impulss, kam ir kvantu raksturs un kas nav saistīts ar daļiņas kustību kopumā.