- Kas ir antimatērija?
- Antimatērijas atklāšana
- Antimatērijas īpašības
- Kur atrodams antimateriāls?
- Kam domāta antimatērija?
Mēs izskaidrojam, kas ir antimatērija, kā tā tika atklāta, tās īpašības, atšķirības ar vielu un kur tā tiek atrasta.
Kas ir antimatērija?
Daļiņu fizikā antimatērija ir vielas veids, no kura sastāvantidaļiņas, tā vietādaļiņas parasts. Tas ir retāk sastopams veids jautājums.
Antimateriāls ir ļoti līdzīgs parastajai vielai, vienīgā atšķirība ir tajā elektriskais lādiņš no daļiņām un dažos kvantu skaitļos. Tādējādi antielektrons, ko sauc arī parpozitrons, Tā ir elektrona antidaļiņa, kurai ir tādas pašas īpašības, izņemot lādiņu, kas ir pozitīvs. No otras puses, antineitroni ir neitrāli (tāpat kā neitroni), bet to magnētiskie momenti ir pretēji. Visbeidzot, antiprotoni atšķiras no protoniem ar to, ka tie ir negatīvi lādēti.
Mijiedarbojoties, antimatērija un matērija pēc dažiem mirkļiem iznīcina viena otru, atbrīvojot milzīgu daudzumuEnerģija augstas enerģijas fotonu (gamma staru) un citu elementārdaļiņu un pretdaļiņu pāru veidā.
Pētījumos parfiziskais Daļiņas un antidaļiņas tiek nošķirtas, izmantojot horizontālu joslu (makro) virs simboliem, kas atbilstprotonu (p),elektrons (e) unneitronu (n).
Atomi, kas sastāv no antidaļiņām, dabā nepastāv dabu jo tie tiktu iznīcināti ar parasto vielu. Eksperimentos, kas vērsti uz antiatomu veidošanos, ir veiksmīgi izveidots tikai ļoti neliels daudzums.
Antimatērijas atklāšana
Antimatērijas esamību 1928. gadā teorētiski izvirzīja angļu fiziķis Pols Diraks (1902-1984), kad viņš nolēma formulēt matemātisko vienādojumu, kurā apvienoti relativitāte Alberts Einšteins un kvantu fizika autors Nīls Bors.
Šis grūtais teorētiskais darbs tika veiksmīgi atrisināts un no tā izrietēja secinājums, ka ir jābūt daļiņai, kas ir analoga elektronam, bet ar pozitīvu elektrisko lādiņu. Šo pirmo antidaļiņu sauca par antielektronu, un mūsdienās ir zināms, ka tās sastapšanās ar parastu elektronu izraisa savstarpēju iznīcināšanu un fotonu (gamma staru) veidošanos.
Tāpēc varēja domāt par antiprotonu un antineitronu esamību. Diraka teorija tika apstiprināta 1932. gadā, kad kosmisko staru un parastās matērijas mijiedarbībā tika atklāti pozitroni.
Kopš tā laika ir novērota elektrona un antielektrona savstarpēja iznīcināšana. Viņu sanāksme veido sistēmu, kas pazīstama kā pozitronijs, pussabrukšanas periods nekad nepārsniedz 10-10 vai 10-7 sekundes.
Pēc tam Bērklija daļiņu paātrinātājā (Kalifornija, 1955) bija iespējams ražot antiprotonus un antineitronus augstas enerģijas atomu sadursmēs, ievērojot Einšteina formulu E = m.c2 (enerģija vienāda masa autors gaismas ātrums kvadrātā).
Tāpat 1995. gadā pirmais antiatoms tika iegūts, pateicoties Eiropas Kodolpētījumu organizācijai (CERN). Šiem Eiropas fiziķiem izdevās izveidot antimateriālu ūdeņraža vai antiūdeņraža atomu, kas sastāv no pozitrona, kas riņķo ap antiprotonu.
Antimatērijas īpašības
Jaunākie pētījumi par antimateriālu liecina, ka tā ir tikpat stabila kā parastā viela. Tomēr tā elektromagnētiskās īpašības ir apgrieztas matērijas īpašībām.
Padziļināti izpētīt to nebija viegli, ņemot vērā milzīgās naudas izmaksas, kas saistītas ar tā izgatavošanu laboratorijā (apmēram 62 500 miljoni USD par izveidoto miligramu) un tā ļoti īso ilgumu.
Veiksmīgākais antimatērijas radīšanas gadījums laboratorijā ilga aptuveni 16 minūtes. Tomēr šī nesenā pieredze ir novedusi pie intuīcijas, ka matērijai un antimatērijai var nebūt vienādas īpašības.
Kur atrodams antimateriāls?
Šis ir viens no antimatērijas noslēpumiem, kuram ir daudz iespējamo skaidrojumu. Lielākā daļa teoriju par izcelsmi Visums pieņemt, ka sākumā viņi pastāvēja proporcijas matērija un antimateriāls.
Tomēr šobrīd šķiet, ka novērojamais Visums sastāv tikai no parastas matērijas. Iespējamie šo izmaiņu skaidrojumi norāda uz matērijas un antimatērijas mijiedarbību ar tumšā matērija, vai sākotnējai asimetrijai starp vielas daudzumu un antimateriālu, kas rodas laikā lielais sprādziens.
Mēs zinām, ka mūsu planētas Van Allena gredzenos notiek dabiska pretdaļiņu veidošanās. Šie gredzeni atrodas aptuveni divus tūkstošus kilometru no virsmas un šādi reaģē, kad gamma stari skar atmosfēra Ārpuse.
Šai antimaterijai ir tendence salipt kopā, jo šajā reģionā nav pietiekami daudz parastās vielas, lai pati sevi iznīcinātu, un daži zinātnieki domā, ka šo resursu varētu izmantot antimaterijas “iegūšanai”.
Kam domāta antimatērija?
Antimateriālam vēl nav daudz praktisku pielietojumu cilvēku rūpniecībā, jo tas ir ļoti augsts izmaksas un prasīgajiem tehnoloģija kas nozīmē tā ražošanu un apstrādi. Tomēr daži lietojumi jau ir realitāte.
Piemēram, tiek veiktas pozitronu emisijas tomogrāfijas (PET) skenēšanas, kas liecina, ka antiprotonu izmantošana vēža ārstēšanā ir iespējama un, iespējams, efektīvāka nekā pašreizējās protonu metodes (radioterapijas).
Tomēr galvenais antimatērijas pielietojums ir kā avots Enerģija. Saskaņā ar Einšteina vienādojumiem matērijas un antimatērijas iznīcināšana atbrīvo tik daudz enerģijas, ka kilograms matērijas / antimateriāla iznīcināšanas būtu desmit miljardus reižu produktīvāks nekā jebkurš cits. ķīmiskā reakcija un desmit tūkstošus reižu vairāk nekā kodola skaldīšanās.
Ja šīs reakcijas varēs kontrolēt un izmantot, mainīsies visas nozares un pat transports. Piemēram, desmit miligrami antimatērijas varētu virzīt kosmosa kuģi līdz Marss.