Как да получите антиматерия у дома. Колко струва един грам антиматерия и къде се съхранява? Има такова нещо като капан за антиматерия.

Във физиката и химията антиматерията е вещество, което се състои от античастици, тоест антипротон (протон с отрицателна електрически заряд) и от антиелектрон (електрон с положителен електрически заряд). Антипротонът и антиелектронът образуват атом антиматерия, точно както електронът и протонът образуват водороден атом.

Обща концепция за материя и антиматерия

Всеки знае отговора на въпроса какво е материята, тоест това е вещество, което се състои от молекули и атоми. Самите атоми от своя страна се състоят от електрони и ядра, образувани от протони и неутрони. Разбирането на въпроса, какво е материя, прави възможно да се разбере какво е антиматерията. Разбира се като вещество, чиито съставни частици имат противоположен електрически заряд. В случай на двойка неутрон-антинеутрон техните заряди са нула, но магнитни моментинасочен противоположно.

Основното свойство на антиматерията е нейната способност да анихилира, когато се срещне с обикновена материя. В резултат на контакта на тези вещества масата изчезва и напълно се превръща в енергия. Според космическа теория, във Вселената има еднакво количество материя и антиматерия, този факт следва от теоретични разсъждения. Тези вещества обаче са разделени едно от друго на огромни разстояния, тъй като всяка тяхна среща води до грандиозни космически явления на унищожаване на материята.

Историята на откриването на антиматерията

Антиматерията е открита през 1932 г. от северноамериканския физик Карл Андерсен, който изучава космическите лъчи и успява да открие позитрона (античастицата на електрона). С това откритие той Нобелова наградапрез 1936г. Впоследствие експериментално са открити антипротоните. Това се случи през 2006 г. благодарение на изстрелването на сателита Памела, чиято мисия беше да изследва частиците, излъчвани от Слънцето.

Впоследствие човечеството се научи да създава антиматерия самостоятелно. В резултат на много експерименти беше показано, че сблъсъкът на материя и антиматерия разрушава и двете вещества и генерира гама лъчи. Тези експериментални открития са предсказани от Алберт Айнщайн.

Използване на антиматерия

Къде може да се използва антиматерията? На първо място, антиматерията е отлично гориво. Само една капка антиматерия е в състояние да даде енергия, която ще бъде достатъчна за доставка на енергия голям градпрез деня. Освен това този източник на енергия е екологично чист.

В областта на медицината основната употреба на антиматерията е позитронно-лъчевата томография. Гама лъчите, които са резултат от унищожаването на материята и антиматерията, се използват за откриване на ракови тумори в тялото. Антиматерията се използва и при лечение на рак. В момента се провеждат изследвания за използването на антипротони за пълно унищожаване на ракови тъкани.

Колко струва един грам антиматерия и къде се съхранява?

Производството на антиматерия с помощта на ускорители на елементарни частици изисква огромни енергийни разходи. В допълнение, антиматерията е трудна за съхранение, тъй като тя ще се самоунищожи при всеки контакт с обикновена материя. Следователно, той се съхранява в силни електромагнитни полета, които също изискват големи енергийни разходи за тяхното създаване и поддръжка.

Във връзка с гореизложеното можем да заключим, че антиматерията е най-скъпото вещество на земята. Нейният грам се оценява на 62,5 милиарда щатски долара. Според други оценки, предоставени от CERN, ще са необходими няколкостотин милиона швейцарски франка, за да се създаде една милиардна от грам антиматерия.

Космосът е източник на антиматерия

На този етапразвитие на технологиите изкуствено творениеантиматерията е неефективен и скъп метод. С оглед на това учените от НАСА планират да съберат магнитни полетаантиматерия в пояса на Ван Алън на Земята. Този пояс се намира на височина от няколкостотин километра над повърхността на нашата планета и има дебелина от няколко хиляди километра. Тази област от пространството съдържа голям бройантипротони, които се образуват в резултат на реакции на елементарни частици, причинени от сблъсъци космически лъчив горните слоеве на земната атмосфера. Количеството обикновена материя е малко, така че антипротоните могат да съществуват в нея доста дълго време.

Друг източник на антиматерия е подобен радиационни поясиоколо гигантските планети на Слънчевата система: Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран. Специално вниманиеучените дават на Сатурн, който според тях трябва да произвежда голям брой антипротони в резултат на взаимодействието на заредени космически частицис ледените пръстени на планетата.

Работи се и в посока по-икономично съхранение на антиматерията. Така професор Масаки Гори (Masaki Hori) обяви разработения метод за задържане на антипротони с помощта на радиочестоти, което според него значително ще намали размера на контейнера за антиматерия.

АНТИМАТЕРИЯ
вещество, състоящо се от атоми, чиито ядра имат отрицателен електрически заряд и са заобиколени от позитрони - електрони с положителен електрически заряд. В обикновената материя, от която е изграден светът около нас, положително заредените ядра са заобиколени от отрицателно заредени електрони. Обикновената материя, за да се разграничи от антиматерията, понякога се нарича коинсубстанция (от гръцки koinos - обикновен). В руската литература обаче този термин практически не се използва. Трябва да се подчертае, че терминът "антиматерия" не е съвсем коректен, тъй като антиматерията също е материя, нейна разновидност. Антиматерията има същите инерционни свойства и създава същото гравитационно привличане като обикновената материя. Говорейки за материя и антиматерия, логично е да започнем с елементарните (субатомни) частици. Всяка елементарна частица отговаря на античастица; и двете имат почти еднакви характеристики, с изключение на това, че имат противоположен електрически заряд. (Ако частицата е неутрална, тогава античастицата също е неутрална, но те могат да се различават по други характеристики. В някои случаи частицата и античастицата са идентични една на друга.) И така, електронът - отрицателно заредена частица - съответства на позитрон и античастица на протон положителен заряде отрицателно зареден антипротон. Позитронът е открит през 1932 г., а антипротонът - през 1955 г.; това бяха първите от откритите античастици. Съществуването на античастици е предсказано през 1928 г. въз основа на квантова механика английски физикП. Дирак. Когато електрон и позитрон се сблъскат, те анихилират, т.е. и двете частици изчезват и от точката на техния сблъсък се излъчват два гама кванта. Ако сблъскващите се частици се движат с ниска скорост, тогава енергията на всеки гама лъч е 0,51 MeV. Тази енергия е "енергията на покой" на електрона или неговата маса на покой, изразена в единици енергия. Ако сблъскващите се частици се движат с висока скорост, тогава енергията на гама лъчите ще бъде по-голяма поради тяхната кинетична енергия. Анихилация се получава и при сблъсък на протон с антипротон, но процесът в този случай е много по-сложен. Редица краткотрайни частици се раждат като междинни продукти на взаимодействието; обаче, след няколко микросекунди, неутрино, гама кванти и малък брой двойки електрон-позитрон остават като крайни продукти на трансформациите. Тези двойки могат в крайна сметка да се унищожат, създавайки допълнителни гама лъчи. Анихилация възниква и когато антинеутрон се сблъска с неутрон или протон. Тъй като съществуват античастици, възниква въпросът дали антиядра могат да се образуват от античастици. Ядрата на атомите на обикновената материя се състоят от протони и неутрони. Най-простото ядро ​​е това на обикновения водороден изотоп 1H; това е единичен протон. Ядрото на деутерия 2H се състои от един протон и един неутрон; нарича се дейтрон. Друг пример за просто ядро ​​е ядрото 3He, което се състои от два протона и един неутрон. Антидейтронът, състоящ се от антипротон и антинеутрон, е получен в лабораторията през 1966 г.; ядрото анти-3He, състоящо се от два антипротона и един антинеутрон, е получено за първи път през 1970 г. Според съвременната физика на елементарните частици, в присъствието на подходящи технически средстваби било възможно да се получат антиядрата на всички обикновени ядра. Ако тези антиядра са заобиколени от подходящия брой позитрони, те образуват антиатоми. Антиатомите биха имали почти същите свойства като обикновените атоми; биха образували молекули, биха могли да образуват твърди тела, течности и газове, включително органична материя. Например два антипротона и едно антикислородно ядро, заедно с осем позитрона, биха могли да образуват антиводна молекула, подобна на обикновената вода H2O, всяка молекула от която се състои от два протона на водородни ядра, едно кислородно ядро ​​и осем електрона. Съвременна теорияелементарните частици са в състояние да предскажат, че анти-водата ще замръзне при 0°C, ще заври при 100°C и иначе ще се държи като обикновена вода. Продължавайки подобни разсъждения, можем да стигнем до извода, че антиматерията, изградена от антиматерия, би била изключително подобна на обикновения свят около нас. Това заключение служи като отправна точка за теориите за симетрична вселена, основани на предположението, че Вселената има еднакво количество обикновена материя и антиматерия. Ние живеем в тази част от него, която се състои от обикновена материя. Ако две еднакви части от вещества от противоположния тип се доведат до контакт, тогава ще настъпи анихилация на електрони с позитрони и ядра с антиядра. В този случай ще възникнат гама кванти, по външния вид на които може да се прецени какво се случва. Тъй като Земята по дефиниция е съставена от обикновена материя, в нея няма значително количество антиматерия, с изключение на малкия брой античастици, произведени в големите ускорители и в космическите лъчи. Същото важи за всички слънчева система. Наблюденията показват, че в нашата галактика се среща само ограничено количество гама радиация. От това редица изследователи заключават, че в него няма забележими количества антиматерия. Но това заключение не е безспорно. В момента няма начин да се определи например дали дадено близката звездаот материя или антиматерия; звезда от антиматерия излъчва точно същия спектър като обикновена звезда. Освен това е напълно възможно разредената материя, която запълва пространството около звездата и е идентична с материята на самата звезда, да бъде отделена от областите, пълни с материя от противоположния тип - много тънки високотемпературни "слоеве на Лайденфрост". По този начин може да се говори за "клетъчна" структура на междузвездното и междугалактическо пространство, в която всяка клетка съдържа или материя, или антиматерия. Тази хипотеза се подкрепя съвременни изследвания, което показва, че магнитосферата и хелиосферата (междупланетното пространство) имат клетъчна структура. Клетки с различни намагнитвания и понякога с различни температури и плътности са разделени от много тънки токови обвивки. Оттук следва парадоксалното заключение, че тези наблюдения не противоречат на съществуването на антиматерия дори в нашата Галактика. Ако по-рано нямаше убедителни аргументи в полза на съществуването на антиматерия, сега успехите на рентгеновата и гама-астрономията промениха ситуацията. Явления, свързани с огромен и често в най-високата степенпроизволно освобождаване на енергия. Най-вероятно източникът на такова освобождаване на енергия е унищожението. Шведският физик О. Клайн развива космологична теория, основана на хипотезата за симетрия между материята и антиматерията, и стига до извода, че процесите на анихилация играят решаваща роляв процесите на еволюцията на Вселената и формирането на структурата на галактиките.
Става все по-очевидно, че основната алтернативна теория - теорията за "големия взрив" - сериозно противоречи на данните от наблюденията и вероятно "симетричната космология" ще заеме централно място в решаването на космологични проблеми в близко бъдеще. Ролята на антиматерията в проблемите на космологията е предмет на книгата на автора Светове – антисветове: Антиматерията в космологията (1966).
Вижте също
КОСМОЛОГИЯ;
ЕЛЕМЕНТАРНИ ЧАСТИЦИ.
ЛИТЕРАТУРА
Weinberg S. Първите три минути. М., 1981 Силк Дж. Голям взрив. М., 1982 Дейвис П. Суперсила; Търсене единна теорияприрода. М., 1989

Енциклопедия на Collier. - Отворено общество. 2000 .

Синоними:

Вижте какво е "АНТИМАТЕРИЯ" в други речници:

Антиматерия... Правописен речник

антиматерия- антиматерия/, а/ … обединени. Отделно. Чрез тире.

НО; вж. Phys. Материя, изградена от античастици. ◁ Антиматериал, о, о. * * * Антиматерията е материя, изградена от античастици. Ядрата на атомите на антиматерията са съставени от антипротони и антинеутрони и атомни обвивкиизграден от позитрони. енциклопедичен речник

Антиматерията е вещество, съставено от античастици. Съдържание 1 Свойства 2 Получаване 3 Цена ... Wikipedia

АНТИМАТЕРИЯ Материята се състои от античастици. Ядрата на атомите на антиматерията се състоят от антипротони и антинеутрони, а ролята на електрони играят позитроните. Предполага се, че в първите моменти от формирането на Вселената антиматерията и материята ... ... Съвременна енциклопедия

Материя, изградена от античастици. Ядрата на атомите на антиматерията са съставени от антипротони и антинеутрони, а атомните обвивки са изградени от позитрони. Все още не са открити натрупвания на антиматерия във Вселената. На ускорителите на заредени частици, получени ... ... Голям енциклопедичен речник

АНТИМАТЕРИЯ, вещество, състоящо се от античастици, идентични с обикновените частици във всички отношения, с изключение на ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯД, СПИН И МАГНИТЕН МОМЕНТ, които имат противоположен знак. Когато античастица, като позитрон... ... Научно-технически енциклопедичен речник

ср Материя, образувана от античастици (във физиката). Обяснителен речник на Ефрем. Т. Ф. Ефремова. 2000... Модерен речникРуски език Ефремова

Материя, изградена от античастици. Ядрата на атомите във ва се състоят от протони и неутрони, а електроните образуват обвивките на атомите. В A. ядрата се състоят от антипротони и антинеутрони, а мястото на електроните в техните черупки се заема от позитрони. Според съвременните теории, отрова... Физическа енциклопедия

Съществува., брой синоними: 1 антиматерия (2) ASIS Synonym Dictionary. В.Н. Тришин. 2013 ... Речник на синонимите

АНТИМАТЕРИЯ- материя, състояща се от (виж). Въпросът за разпространението на А. във Вселената все още е отворен ... Голяма политехническа енциклопедия

Книги

• Вселена в огледалото за обратно виждане. Дали Бог беше дясната ръка? Или скритата симетрия, антиматерията и Хигс бозона, Голдбърг, Дейв. Не харесвате физиката? Просто не сте чели книгите на Дейв Голдбърг! Тази книга ще ви запознае с една от най-интригуващите теми съвременна физика- фундаментални симетрии. В крайна сметка в нашия…

от модерни идеи, силите, които определят структурата на материята (силно взаимодействие, образуване на ядра и електромагнитно взаимодействие, образуване на атоми и молекули), са абсолютно еднакви (симетрични) както за частиците, така и за античастиците. Това означава, че структурата на антиматерията трябва да бъде идентична с тази на обикновената материя.

Свойствата на антиматерията напълно съвпадат със свойствата на обикновената материя, гледана през огледало (огледалността възниква поради незапазване на паритета при слаби взаимодействия).

През ноември 2015 г. група руски и чуждестранни физици в американския колайдер RHIC експериментално доказаха идентичността на структурата на материята и антиматерията чрез точно измерване на силите на взаимодействие между антипротоните, които се оказаха неразличими от обикновените протони в това отношение.

Когато материята и антиматерията си взаимодействат, те се анихилират и се образуват високоенергийни фотони или двойки частица-античастица. Взаимодействието на 1 kg антиматерия и 1 kg материя ще освободи приблизително 1,8 10 17 джаула енергия, което е еквивалентно на енергията, освободена по време на експлозията на 42,96 мегатона TNT. Най-мощният ядрено устройствоот взривявана някога на планетата "Цар бомба": маса 26,5 тона, по време на експлозията е освободена енергия, еквивалентна на ~ 57-58,6 мегатона. Лимит на касата за термоядрени оръжияозначава, че най-ефективната изходна енергия няма да надвишава 6 kt/kg маса на устройството. Трябва да се отбележи, че около 50% от енергията по време на анихилацията на двойка нуклон-антинуклон се освобождава под формата на неутрино, които практически не взаимодействат с материята.

Има доста дискусии относно това защо наблюдаваната част от Вселената се състои почти изключително от материя и дали има други места, запълнени, напротив, почти изцяло с антиматерия; но към днешна дата наблюдаваната асиметрия на материята и антиматерията във Вселената е един от най-големите нерешени проблеми във физиката (виж Барионова асиметрия на Вселената). Предполага се, че такава силна асиметрия е възникнала в първите части от секундата след Големия взрив.

Касова бележка

Първият обект, съставен изцяло от античастици, беше антидеутеронът, синтезиран през 1965 г.; тогава са получени и по-тежки антинуклеуси. През 1995 г. в CERN е синтезиран антиводороден атом, състоящ се от позитрон и антипротон. AT последните годиниантиводород е получен в значителни количества и е започнато подробно изследване на неговите свойства.

През 2013 г. бяха проведени експерименти на пилотна инсталация, изградена на базата на вакуумния уловител ALPHA. Учените са измерили движението на молекулите на антиматерията под въздействието на гравитационното поле на Земята. И въпреки че резултатите са неточни, измерванията са ниски статистическа значимост, физиците са доволни от първите опити на директно измерванегравитацията на антиматерията.

Цена

Известно е, че антиматерията е най-скъпото вещество на Земята - оценка на НАСА от 2006 г. струва приблизително 25 милиона щатски долара за производството на милиграм позитрони. Един грам антиводород би струвал 62,5 трилиона долара, според оценка от 1999 г. Според оценка на CERN от 2001 г. производството на една милиардна част от грам антиматерия (обемът, използван от CERN при сблъсъци между частици и античастици за десет години) струва няколкостотин милиона швейцарски франка.

Вижте също

Напишете отзив за статията "Антиматерия"

Бележки

Връзки

• - 2011
• Пахлов, Павел.. postnauka.ru (23.05.2014 г.).
• Пахлов, Павел.. postnauka.ru (6.03.2014 г.).

Литература

• Власов Н. А.Антиматерия. - М .: Атомиздат, 1966. - 184 с.
• Ю. М. Широков, Н. П. Юдин Ядрена физика. - М .: Наука, 1972. - 670 с.

Откъс, характеризиращ антиматерията

И за да докаже неопровержимостта на този аргумент, всички гънки избягаха от лицето.
Княз Андрей погледна въпросително събеседника си и не отговори.
- Защо отиваш? Знам, че мислиш, че е твой дълг да скочиш в армията сега, когато армията е в опасност. Разбирам това, mon cher, c "est de l" heroisme. [скъпа моя, това е героизъм.]
— Съвсем не — каза княз Андрей.
- Но ти си un philoSophiee, [философ,] било то напълно, погледни нещата от другата страна и ще видиш, че твой дълг, напротив, е да се грижиш за себе си. Оставете го на други, които вече не стават за нищо ... Не ви беше наредено да се върнете и оттук не ви освободиха; следователно можете да останете и да отидете с нас, където и да ни води злощастната ни съдба. Казват, че отиват в Олмуц. А Олмуц е много хубав град. А ние с теб спокойно ще се возим заедно в моята количка.
„Спри да се шегуваш, Билибин“, каза Болконски.
„Казвам ви искрено и приятелски. съдия. Къде и за какво ще отидеш сега, след като можеш да останеш тук? Очаква ви едно от двете неща (събра кожата над лявото си слепоочие): или не стигнете до армията и ще се сключи мир, или поражение и срам за цялата армия на Кутузов.
И Билибин отпусна кожата си, чувствайки, че дилемата му е неопровержима.
„Не мога да преценя това“, каза княз Андрей студено, но си помисли: „Ще спася армията“.
- Mon cher, vous etes un heros, [Скъпа моя, ти си герой] - каза Билибин.

Същата нощ, покланяйки се на военния министър, Болконски отиде при армията, без да знае къде ще я намери и страхувайки се да не бъде пресрещнат от французите по пътя към Кремс.
В Брун цялото население на двора се опакова и тежките товари вече бяха изпратени в Олмуц. Близо до Ецелсдорф княз Андрей язди на пътя, по който руската армия се движеше с най-голяма бързина и в най-голямо безредие. Пътят беше толкова претъпкан с каруци, че беше невъзможно да се вози в карета. Вземайки кон и казак от казашкия вожд, принц Андрей, гладен и уморен, изпреварвайки каруците, отиде да търси главнокомандващия и неговата каруца. По пътя до него достигнали най-зловещите слухове за състоянието на армията, а гледката на тичащата в безпорядък армия потвърдила тези слухове.
„Cette armee russe que l“ or de l „Angleterre a transportee, des extremites de l“ univers, nous allons lui faire eprouver le meme sort (le sort de l „armee d“ Ulm)“, [„Тази руска армия, която Английското злато, донесено тук от края на света, ще преживее същата съдба (съдбата на армията на Улм). ”] Той припомни думите на заповедта на Бонапарт към своята армия преди началото на кампанията и тези думи еднакво възбудиха в изненадата му от гениалния герой, чувство на обидена гордост и надежда за слава. "И ако не е останало нищо друго освен да умра? - помисли той. Е, ако е необходимо! Ще го направя не по-лошо от другите."
Княз Андрей гледаше с презрение на тези безкрайни, намесващи се екипи, фургони, паркове, артилерия и отново фургони, фургони и фургони от всичко възможни видове, като се изпреварват и в три, четири редици блокират мръсния път. От всички страни, отзад и отпред, докъдето стига ухото, се чуват звуци от колела, тропот на каруци, каруци и лафети, тропот на коне, удари с камшик, викове на бутане, псувни на войници, чуха се батмани и офицери. По краищата на пътя се виждаха непрекъснато паднали коне, одрани и неодрани, след това счупени каруци, в които, чакайки нещо, седяха самотни войници, след това войници, отделени от екипите, които на тълпи се насочиха към съседните села или влачене на кокошки, овни, сено или сено от селата.торби, пълни с нещо.
При спусканията и изкачванията тълпите ставаха по-плътни и се чуваше непрекъснат стон от викове. Войниците, давещи се до колене в кал, вдигнаха оръжия и фургони в ръцете си; бият камшици, хлъзгат копита, пукат се следи и се пукат гърди от писъци. Между конвоите минаваха офицерите, отговарящи за движението напред или назад. Гласовете им се чуваха слабо сред общия тътен и по лицата им личеше, че се отчайват от възможността да спрат това безредие. „Voila le cher [„Ето скъпа] православна армия“, помисли Болконски, припомняйки си думите на Билибин.
Искайки да попита един от тези хора къде е главнокомандващият, той се приближи до фургона. Точно срещу него се движеше странен файтон с един кон, очевидно устроен от самоделни войнишки средства, представляващ средата между каруца, кабриолет и файтон. В каретата се возеше войник, а под кожено покривало зад престилка седеше жена, цялата увита в шалове. Княз Андрей се качи и вече се беше обърнал към войника с въпрос, когато вниманието му беше привлечено от отчаяните викове на жена, седяща във вагон. Офицерът, който отговаряше за конвоя, наби войника, който седеше като кочияш в този вагон, защото искаше да заобиколи другите, и камшикът падна върху престилката на вагона. Жената изкрещя пронизително. Виждайки княз Андрей, тя се наведе изпод престилката си и, размахвайки тънките си ръце, изскочили изпод шала на килима, извика:
- Адютант! Господин адютант!... За бога... пази... Какво ще бъде? изоставаме, изгубихме своето...
- Ще го начупя на торта, увийте го! ядосаният офицер извика на войника, „върни се с курвата си“.
- Господин адютант, защитавайте. Какво е? - изпищя лекарят.
- Моля, пропуснете този вагон. Не виждаш ли, че е жена? - каза принц Андрей, като се приближи до офицера.
Офицерът го погледна и, без да отговори, се обърна отново към войника: „Ще ги заобиколя... Върни се!”...
— Пусни ме да мина, казвам ти — повтори отново княз Андрей, свивайки устни.
- А ти кой си? изведнъж офицерът се обърна към него с пиянска ярост. - Кой си ти? Вие (той особено почиваше на вас) сте шефът или какво? Аз съм шефът тук, не ти. Теб, обратно, - повтори той, - ще разбия в торта.
Този израз явно се хареса на офицера.
- Адютантът се обръсна важно - чу се глас отзад.
Принц Андрей видя, че офицерът е в този пиянски пристъп на безпричинна ярост, в който хората не помнят какво говорят. Той видя, че ходатайството му за съпругата на доктора във фургона беше изпълнено с това, от което се страхуваше най-много на света, това, което се нарича подигравка [смешно], но инстинктът му казваше друго. Офицерът нямаше време да довърши последни думи, когато княз Андрей с обезобразено от бяс лице се приближи до него и вдигна камшика си:
- Пусни ме от завещанието си!
Офицерът махна с ръка и бързо потегли.

През 1930 г. известният английски теоретичен физик Пол Дирак, извеждайки релативистично уравнение на движението на електронното поле, също получава решение за някаква друга частица със същата маса и противоположен, положителен електрически заряд. Единствената известна по това време частица с положителен заряд, протонът, не може да бъде този близнак, тъй като се различава значително от електрона, включително хиляди пъти по-голяма маса.

По-късно, през 1932 г., американският физик Карл Андерсън потвърждава прогнозите на Дирак. Изучавайки космическите лъчи, той открива античастицата на електрона, която днес се нарича позитрон. 23 години по-късно в американски ускорител са открити антипротони, а година по-късно и антинеутрон.

Частици и античастици

Както знаете, всякакви елементарна частицаима редица характеристики, числа, които го описват. Сред тях са следните:

• Тегло - физическо количество, което определя гравитационното взаимодействие на обекта.
• въртене - собствен моментимпулс на елементарна частица.
• Електричен заряд - характеристика, показваща възможността за създаване на тяло електромагнитно полеи участие в електромагнитно взаимодействие.
• цветен заряд - абстрактно понятие, което обяснява взаимодействието на кварките и образуването на други частици – адрони.

Също така различни други квантови числа, които определят свойствата и състоянията на частиците. Ако опишем античастица, тогава обикновен езике огледален образ на частица със същата маса и електрически заряд. Защо учените са толкова заинтересовани от частици, които са само отчасти подобни и отчасти различни от техните оригинали?

Оказа се, че сблъсъкът на частица и античастица води до анихилация - тяхното унищожаване и освобождаване на съответната им енергия под формата на други високоенергийни частици, тоест малка експлозия. Мотивира за изследване на античастиците и фактът, че веществото, състоящо се от античастици (антиматерия), не се образува самостоятелно в природата, според наблюденията на учените.

Обща информация за антиматерията

Въз основа на гореизложеното става ясно, че наблюдаваната Вселена се състои от материя, материя. Въпреки това, следвайки известното физични закони, учените са сигурни, че в резултат на Големия взрив трябва да се образуват материя и антиматерия в равни количества, което ние не наблюдаваме. Очевидно нашето разбиране за света е непълно и или учените са пропуснали нещо в своите изчисления, или някъде извън нашата видимост, в отдалечени частиВселената има съответно количество антиматерия, така да се каже "светът на антиматерията".

Този въпрос за антисиметрията изглежда е един от най-известните нерешени проблеми във физиката.

Според съвременните концепции структурата на материята и антиматерията са почти еднакви, поради това, че електромагнитните и силните взаимодействия, които определят структурата на материята, действат еднакво по отношение на частиците и античастиците. Този фактбеше потвърдено през ноември 2015 г. в колайдера RHIC в САЩ, когато руски и чуждестранни учени измериха силата на взаимодействието на антипротоните. Тя се оказа еднаква силапротонни взаимодействия.

Получаване на антиматерия

Раждането на античастици обикновено се случва по време на образуването на двойки частица-античастица. Ако при сблъсъка на електрон и неговата античастица - позитрон, се отделят два гама-кванта, то за да създадете двойка електрон-позитрон, ви е необходим високоенергиен гама-квант, който взаимодейства с електрическо полеядрото на атома. AT лабораторни условиятова може да се случи в ускорители или при експерименти с лазери. AT природни условия- в пулсарите и в близост до черните дупки, както и при взаимодействието на космическите лъчи с някои видове материя.

Какво е антиматерия? За разбиране е достатъчно да дадем следния пример. Най-простото вещество, водородният атом, се състои от един протон, който определя ядрото, и електрон, който се върти около него. И така, антиводородът е антиматерия, чийто атом се състои от антипротон и позитрон, въртящи се около него.

Общ изглед на съоръжението ASACUSA в CERN, предназначено да произвежда и изучава антиводород

Въпреки простата формула, синтезирането на антиводород е доста трудно. И все пак през 1995 г. в ускорителя LEAR в CERN учените успяха да създадат 9 атома от такава антиматерия, които живяха само 40 наносекунди и се разпаднаха.

По-късно с помощта на масивни устройства е създаден магнитен капан, който задържа 38 антиводородни атома за 172 милисекунди (0,172 секунди), а след 170 000 антиводородни атома - 0,28 атограма (10 -18 грама). Такъв обем антиматерия може да е достатъчен за по-нататъшно изследване и това е успех.

Цената на антиматерията

Днес можем да кажем с увереност, че най-скъпото вещество в света не е калифорний, реголит или графен и, разбира се, не злато, а антиматерия. Според изчисленията на НАСА създаването на един милиграм позитрони ще струва около 25 милиона долара, а 1 g антиводород се оценява на 62,5 трилиона долара. Интересното е, че нанограм антиматерия, обемът, който е използван за 10 години в експериментите на CERN, струва на организацията стотици милиони долари.

Приложение

Изследването на антиматерията носи значителен потенциал за човечеството. Първото и най-интересно устройство, теоретично захранвано от антиматерия, е варп задвижването. Някои може би си спомнят този от известния сериал " Стар Трек” („Стар Трек”), двигателят се захранваше от реактор, работещ на принципа на анихилация на материя и антиматерия.

В действителност има няколко математически моделиподобен двигател, и според техните изчисления, за Космически корабибъдещето ще се нуждае от много малко античастици. И така, седеммесечен полет до Марс може да бъде намален до месец, поради 140 нанограма антипротони, които ще действат като катализатор ядрено деленев реактора на кораба. Благодарение на такива технологии могат да се извършват и междугалактически полети, което ще позволи на човек да изучава в детайли други звездни системи и в бъдеще да ги колонизира.

Въпреки това, антиматерията, както много други научни откритияможе да представлява заплаха за човечеството. Както е известно, ужасна катастрофа, атомна бомбардировкаХирошима и Нагасаки са произведени с помощта на две атомни бомби, общо теглокоето е 8,6 тона, а капацитетът е около 35 килотона. Но при сблъсъка на 1 кг материя и 1 кг антиматерия се отделя енергия, равна на 42 960 килотона. Повечето мощна бомба, разработван някога от човечеството - AN602 или "Цар Бомба" е отделял енергия от около 58 000 килотона, но е тежал 26,5 тона! Обобщавайки всичко по-горе, можем да кажем с увереност, че технологиите и изобретенията, базирани на антиматерия, могат да доведат човечеството както до безпрецедентен пробив, така и до пълно самоунищожение.

Малък колайдер в Ню Йорк се нарича релативистичен, той ускорява частиците до 300 хиляди километра в секунда. Но преди учените да възкликнат „Еврика“, златните йони са се сблъскали стотици милиони пъти. В науката винаги е така, големите новини се подготвят с години.

Челният сблъсък на йони води до такива температури, че слънцето в сравнение с тях изглежда като стаен нагревател. Колайдерът Brookhaven Lab Collider регистрира 4 трилиона градуса, това е универсален рекорд! Слънцето е 250 хиляди пъти по-студено.

"Опитваме се да възпроизведем състоянието на Вселената няколко милисекунди след Големия взрив. Тогава можем да разберем как са се материализирали частиците", обяснява Ханк Крауфорд, ръководител на съвета научна общност"Звезда".

Учените сравняват новородената вселена след Големия взрив с нещо като супа. Сега те се опитват да разгадаят как първичната маса се е превърнала във всичко, което ни заобикаля.

„Понякога не се замисляме, че в една напълно симетрична и перфектна Вселена просто няма да има място за нас. Само ако ранна вселенапроизведе същото количество материя и антиматерия, би настъпила анихилация и Вселената се състои само от радиация“, казва Дмитрий Харзеев, изследовател в Националната лаборатория Брукхейвън, член на научната общност Star.

Защо това не се случи? Какво и как наруши универсалната симетрия? Защо хората, планините и океаните са направени от материя, а не от нея огледално отражение- антиматерия. Къде изчезна тя?

Отговорът е все по-близо, защото „странното ядро ​​на антиматерията“, съдържащо невиждани досега „странни кварки“, е най-тежкият фрагмент от антисвета, от който би могъл да се състои и нашият. Материята и антиматерията са много сходни по свойства.

„Ако можехме да повторим Големия взрив отново, може би сме се състояли от антиматерия и сме били изненадани от мистичните свойства на материята“, казва Дмитрий Харзеев.

Мистерията се крие и във факта, че антиматерията е не само изключително трудна за намиране, но и невъзможна за спасяване. Нашата Вселена и Анти-Вселената се държат агресивно, когато се срещнат.

„Просто ще има освобождаване на електромагнитна ядрена енергия“, казва Алексей Лебедев, изследовател в Националната лаборатория Брукхейвън.

В близост до колайдера, за всеки случай, са монтирани знаци за радиоактивна опасност, около - дебели бетонни стени. ядрени експлозии, макар и наноразмерени – това е рутинната работа на ускорителя и учените. Всеки от тях, включително около 60 бр руски изследователи, сега са съавтори на откритие от космически мащаб с по-широка перспектива.

„Има хипотеза, че антиматерията може да се използва като източник на енергия, може би след хиляди години. Но засега не сме сигурни в това“, обобщава Ханк Крауфорд.