Antimateria on jo kauan ollut tieteiskirjallisuuden aihe. Kirjassa ja elokuvassa Enkelit ja demonit professori Langdon yrittää pelastaa Vatikaanin antimateriaalipommitta. Star Trek-avaruusalus Enterprise käyttää tuhoavaa antimateriaalimoottoria matkustaakseen valon nopeutta nopeammin. Mutta antimateria on myös todellisuuden kohde. Antimateriaalihiukkaset ovat käytännössä identtisiä niiden materiaalipartnerien kanssa, paitsi että ne kuljettavat vastakkaista varausta ja kehruua. Kun antimateria kohtaa aineen, ne tuhoutuvat välittömästi energiaksi, ja tämä ei ole enää fiktio.
Vaikka antimateriaalipommit ja samaan polttoaineeseen perustuvat alukset eivät ole vielä käytännössä mahdollisia, antimateriaalista on monia tosiasioita, jotka yllättävät tai antavat sinun päivittää muistisi jo tiedämästäsi.
1. Antimateriaalin piti tuhota kaikki universumin aineet Ison räjähdyksen jälkeen
Teorian mukaan Big Bang synnytti aineen ja antimaterian yhtä suuressa määrin. Kun he tapaavat, tapahtuu keskinäinen tuhoaminen, tuhoaminen, ja vain puhdasta energiaa on jäljellä. Tämän perusteella meidän ei pitäisi olla olemassa.
Mutta meitä on olemassa. Ja niin kuin fyysikot tietävät, tämä johtuu siitä, että jokaisella miljardilla aine-antimateria-parilla oli yksi ylimääräinen ainehiukkas. Fyysikot yrittävät parhaansa mukaan selittää tämän epäsymmetrian.
Mainosvideo:
2. Antimateria on lähempänä sinua kuin luulet
Pieniä määriä antimateriaa sataa maan päällä jatkuvasti kosmisten säteiden, avaruudesta tulevien energiahiukkasten muodossa. Nämä antimateriaalin hiukkaset saavuttavat ilmakehäämme tasolla, joka vaihtelee yhdestä yli sataan neliömetriltä. Tutkijoilla on myös todisteita siitä, että antimateriaa syntyy ukonilman aikana.
On myös muita antimaterian lähteitä, jotka ovat lähempänä meitä. Esimerkiksi banaanit tuottavat antimateriaa lähettämällä yhden positronin - elektronin antimateriaaliekvivalentin - noin kerran 75 minuutin välein. Tämä johtuu siitä, että banaanit sisältävät pieniä määriä kalium-40: tä, joka on luonnossa esiintyvä kaliumisotooppi. Kun kalium-40 hajoaa, syntyy joskus positronia.
Kehomme sisältää myös kalium-40, mikä tarkoittaa, että päästät myös positroneja. Antimateria häviää heti kosketuksessa aineeseen, joten nämä antimateriaalin hiukkaset eivät kestä kovin pitkään.
3. Ihmiset onnistuivat luomaan hyvin vähän antimateriaa
Antimaterian ja aineen tuhoaminen voi vapauttaa valtavia määriä energiaa. Gramma antimateriaa voi tuottaa ydinpommin kokoisen räjähdyksen. Ihmiset eivät kuitenkaan ole tuottaneet paljon antimateriaa, joten ei ole mitään pelättävää.
Kaikki Fermi-laboratorioiden Tevatron-hiukkaskiihdyttimessä luodut antiprotonit painavat tuskin 15 nanogrammaa. CERN on tuottanut tähän mennessä vain noin 1 nanogrammaa. DESY: llä Saksassa - enintään 2 nanogrammaa positroneja.
Jos kaikki ihmisten luoma antimateriaali häviää heti, sen energia ei edes riitä keittämään kuppia teetä.
Ongelma on antimateriaalin tuotannon ja varastoinnin tehokkuudessa ja kustannuksissa. Yhden gramman antimateriaalin luominen vaatii noin 25 miljoonaa miljardia kilowattituntia energiaa ja maksaa yli miljoona miljardia dollaria. Ei ole yllättävää, että antimateria luetaan joskus yhdeksi kymmenestä maailman kalleimmasta aineesta.
4. On olemassa sellainen asia kuin antimaterian ansa
Antimaterian tutkimiseksi sinun on estettävä sen tuhoaminen aineen kanssa. Tutkijat ovat löytäneet useita tapoja tehdä tämä.
Varatut antimateriaalipartikkelit, kuten positronit ja antiprotonit, voidaan varastoida ns. Penning-ansoihin. Ne ovat kuin pieniä hiukkaskiihdyttimiä. Niiden sisällä hiukkaset liikkuvat spiraalissa samalla kun magneettiset ja sähkökentät estävät niitä törmämästä ansaan seinien kanssa.
Penning-loukut eivät kuitenkaan toimi neutraalien hiukkasten, kuten antigeenin, kanssa. Koska heillä ei ole varausta, näitä hiukkasia ei voida rajoittaa sähkökenttiin. Ne ovat loukussa Ioffeen ansoihin, jotka toimivat luomalla avaruusalueen, jossa magneettikenttä kasvaa kaikkiin suuntiin. Antimateriaalin hiukkaset juuttuvat alueelle, jolla on heikoin magneettikenttä.
Maan magneettikenttä voi toimia ansaan ansaan. Antiprotoneja löytyi tietyistä maapallon ympäristöistä - Van Allen -säteilyvyöistä.
5. Antimateria voi pudota (sanan kirjallisessa merkityksessä)
Aineen ja antimateriaalin hiukkasilla on sama massa, mutta niiden ominaisuudet, kuten sähkövaraus ja kehruu, eroavat toisistaan. Vakiomalli ennustaa, että painovoiman tulisi toimia samalla tavalla aineessa ja antimateriaalissa, mutta tämä on nähtävä vielä varmasti. Kokeet, kuten AEGIS, ALPHA ja GBAR, työskentelevät tämän hyväksi.
Painovoiman vaikutuksen havaitseminen antimateriaalin esimerkissä ei ole yhtä helppoa kuin puusta putoavan omenan tarkasteleminen. Nämä kokeet vaativat antimaterian pidättämistä tai hidastamista jäähdyttämällä lämpötilaan, joka on juuri absoluuttisen nollan yläpuolella. Ja koska painovoima on heikoin perusvoimista, fyysikoiden on käytettävä näissä kokeissa neutraaleja antimateriaalipartikkeleita estämään vuorovaikutus sähkön voimakkaamman voiman kanssa.
6. Antimateriaa tutkitaan hiukkasmodertoreilla
Oletko kuullut hiukkaskiihdyttimistä ja oletko kuullut hiukkasten hidastajista? CERN: ssä on kone, nimeltään Antiproton Decelerator, jossa antiprotoneja vangitaan ja hidastaa niiden ominaisuuksien ja käyttäytymisen tutkimiseksi.
Rengashiukkaskiihdyttimissä, kuten Suuri hadronikoppuri, hiukkaset saavat energisen potkun joka kerta, kun ne suorittavat ympyrän. Hidastimet toimivat päinvastaisella tavalla: hiukkasten kiihdyttämisen sijaan ne työnnetään vastakkaiseen suuntaan.
7. Neutrinot voivat olla omia hiukkasia
Ainepartikkelilla ja sen antibakteerisella kumppanilla on vastakkaiset varaukset, minkä avulla on helppo erottaa toisistaan. Neutrinoilla, melkein massattomilla hiukkasilla, jotka ovat harvoin vuorovaikutuksessa aineen kanssa, ei ole varausta. Tutkijat uskovat, että ne voivat olla Majorana-hiukkasia, hypoteettista luokkaa hiukkasia, jotka ovat heidän omia hiukkasiaan.
Majorana-demonstraattorin ja EXO-200: n kaltaisten hankkeiden tarkoituksena on selvittää, ovatko neutriinot todella Majorana-hiukkasia, seuraamalla käyttäytymistä, joka tunnetaan nimellä neutrinoless kaksinkertainen beetahajoaminen.
Jotkut radioaktiiviset ytimet hajoavat samanaikaisesti, emittoidessaan kaksi elektronia ja kaksi neutriinoa. Jos neutriinot olisivat heidän omia hiukkasia, ne häviäisivät kaksoishajoamisen jälkeen, ja tutkijoiden olisi vain tarkkailtava elektroneja.
Majorana-neutriinojen etsiminen voi auttaa selittämään, miksi aineen ja antimaterian epäsymmetria esiintyy. Fyysikot ehdottavat, että Majorana-neutriinot voivat olla joko raskaita tai kevyitä. Keuhkot ovat olemassa aikanamme, ja raskaat olivat olemassa heti Ison iskun jälkeen. Raskaat majorana-neutriinot hajoavat epäsymmetrisesti, mikä johtaa pienen määrän aineen ilmestymiseen, joka täytti maailmankaikkeuden.
8. Antimateriaa käytetään lääketieteessä
PET, PET (Positron Emission Topography) käyttää positroneja korkearesoluutioisten kehokuvien tuottamiseen. Positronit emittoivat radioaktiiviset isotoopit (kuten ne, joita löysimme banaaneissa) kiinnittyvät kemikaaleihin, kuten kehon glukoosiin. Ne injektoidaan verenkiertoon, missä ne hajoavat luonnollisesti, emittoiden positroneja. Nämä puolestaan tapaavat kehon elektroneja ja tuhoutuvat. Tuhoaminen tuottaa gammasäteitä, joita käytetään kuvan rakentamiseen.
CERN: n ACE-projektin tutkijat tutkivat antimateriaa mahdollisena syöpähoidon ehdokkaana. Lääkärit ovat jo selvittäneet, että he voivat suunnata hiukkaspalkeja kasvaimiin ja säteilevät energiaansa vasta sen jälkeen, kun ne ovat turvallisesti kulkeneet terveen kudoksen läpi. Antiprotonien käyttö lisää ylimääräistä energiapursketta. Tämän tekniikan on osoitettu toimivan tehokkaasti hamstereiden hoidossa, mutta sitä ei ole vielä testattu ihmisillä.
9. Antimateria voi olla viehättävä avaruudessa
Yksi tapa, jolla tutkijat yrittävät ratkaista aine-antimateriaalin epäsymmetrian ongelman, on etsimällä Isosta Bangista jäljelle jäänyttä antimateriaalia.
Alfa-magneettinen spektrometri (AMS) on hiukkasten ilmaisin, joka sijaitsee kansainvälisellä avaruusasemalla ja etsii tällaisia hiukkasia. AMS sisältää magneettikenttiä, jotka taivuttavat kosmisten hiukkasten ja erillisen aineen antimateriaalista. Sen ilmaisimien on havaittava ja tunnistettava sellaiset hiukkaset, jotka ne kulkevat.
Kosmiset säteen törmäykset tuottavat yleensä positroneja ja antiprotoneja, mutta mahdollisuudet antiheliumiatomin luomiseen pysyvät erittäin pieninä johtuen tästä prosessista tarvittavasta valtavasta energian määrästä. Tämä tarkoittaa, että ainakin yhden antiheliumin ytimen havaitseminen olisi voimakas todiste siitä, että muualla maailmankaikkeudessa on olemassa valtavia määriä antimateriaa.
10. Ihmiset todella oppivat varustamaan avaruusalusten antimateriaalipolttoaineen, Hyvin vähän antimateriaa voidaan tuottaa valtavia määriä energiaa, mikä tekee siitä suositun polttoaineen futuristisiin tieteiskirjalaivoihin.
Antimateriaalien rakettien käyttö on hypoteettisesti mahdollista; päärajoitus on kerätä tarpeeksi antimateriaa tämän tapahtuakseen.
Massatuotantoa tai antimateriaalin keräämistä varten ei ole vielä tekniikkaa, joka vaaditaan tällaiseen sovellukseen. Tutkijat pyrkivät kuitenkin jäljittelemään tämän hyvin antimateriaalin tällaista liikettä ja varastointia. Eräänä päivänä, jos löydämme tavan tuottaa suuria määriä antimateriaa, heidän tutkimus voisi auttaa tähtienvälisestä matkasta todellisuudeksi.
Perustuu sivuston symmetrymagazine.org materiaaleihin
ILYA KHEL