Антиматерія: що це таке та для чого вона нам потрібна

Про антиматерію неодноразово можна почути у різноманітних фантастичних фільмах та книгах. Завдяки цьому про цей ‘об’єкт” може скластися хибне враження, що це чи то зброя, чи то ще щось незрозуміле. Та чи дійсно антиречовина така фантастична? Як виявляється ні, вона навіть дуже реальна.

Чутки про антиматерію часто зринали поряд з чутками про Великий адронний колайдер. Саме там можна було отримати цю дивну речовину. У свідомості людей іноді формувалася думка, що це спричинить мало не появу чорної діри. Та, як говорять спеціалісти, антиматерія – це не так страшно. Ба більше, у Всесвіті можуть існувати цілі зірки з антиматерії. А деякі люди навіть “відчули” антиматерію на собі під час проведення медичної радіоізотопної діагностики.

Експеримент BASE покликаний виготовити та зберегти антиматерію у лабораторії / Фото New Atlas

Що таке антиматерія

Антиматерія це не “злий двійник” звичайної матерії, який покликаний усе знищити. Це така ж частина нашого світу, як і звичайна матерія. Різниця криється на мікрорівні – частинки антиматерії мають протилежний звичайні матерії заряд. Саме тому, коли матерія та антиматерія “зустрічають”, то виникає фактично вибух з виділенням енергії.

Антиречовина з’являється у світі й цілком природнім шляхом. Наприклад, внаслідок радіоактивного розпаду Калію-40 в бананах. Але такі античастинки відразу зникають через зіткнення зі звичайними частинками.

Слід розуміти, що практично у кожної частинки є своя античастинка. Їх відрізняє виключно заряд.

• Протон – антипротон.
• Нейтрон – антинейтрон.
• Електрон – антиелектрон, який більш відомий як позитрон.

А от фотони чи нейтрино не можуть “похвалитися” наявністю античастинок – кожен з них сам собі античастинка.

Антиматерія у “дикій природі”

Цікаво, що атоми речовини та антиречовини одного і того ж хімічного елемента дадуть ідентичний спектр. А от чи реагує антиматерія на гравітацію так само як звичайна матерія – невідомо. Теоретично, їх не має нічого відрізняти й антиречовина повинна падати вниз ідентично звичайній речовині. Але на практиці ми це перевірити поки що не можемо.

Річ у тім, що уся наявна у нас антиматерія зберігається у спеціальних пастках Пеннінга – там частинка антиречовини повисає у вакуумі, утримувана у такій позиції електромагнітними полями. Якщо електромагнітні поля вимкнути, то антиречовина впаде та анігілюється. Оскільки виготовлення частинок антиматерії складне та дороге, у нас є дуже мала кількість для вивчення. Тому просто кидати її об землю, щоб “подивитися, а що буде” ніхто не наважувався. Хоча, звісно, такі проєкти є.

Великий вибух

Науковці припускають, що в момент Великого вибуху утворилася однакова кількість матерії та антиматерії. Проблема полягає у тому, що за такого сценарію нічого б не могло виникнути, адже частинки та античастинки постійно б стикалися та вибухали.

Також науковці припускають, що антиматерія, як і звичайна матерія, могла зібратися до купи та утворити цілі зірки та галактики. Якщо вони розташовані окремо та якомога далі від “звичайних” галактик зі звичайної речовини, то вони цілком могли б існувати та не бути знищеними.

Але підтверджень таким теоріям немає. Оскільки зустріч матерії та антиматерії спричиняє фактично вибух, то ми б фіксували такі події постійно, адже Всесвіт переповнений елементарними частинками, атомами та молекулами, які летять у всі сторони. Тому, якщо ми не фіксуємо таких спонтанних та протяжних гамма-спалахів, це може означати, що зірок з антиречовини немає.

Антиматерія та творчість

“Тему антиречовини” активно використовують у комп’ютерних іграх, книгах та фільмах.

• У серії популярних ігор Mass Effect антиречовина використовується на військових космічних кораблях. Ці велетенські судна потребують великої кількості енергії для прискорення в бою, тому у реакційну камеру з воднем викидаються антипротони. У результаті взаємодії відбувається анігіляція матерії та антиматерії з виділенням величезної кількості енергії, що й забезпечує високу швидкість космічних кораблів.
• Також можна згадати британського письменника-фантаста Пітера Гамільтона та цикл його романів під загальною назвою “Пришестя Ночі”. У цьому всесвіті антиматерія грає типову для себе роль: джерело енергії. Щоправда, через терористичні акти виготовлення антиматерії у вигаданій Конфедерації було заборонено й цим займаються переважно нечисті на руку люди – пірати. Антиречовина використовується у вигляді зброї чи для прискорення космічних кораблів за аналогією в іграх Mass Effec.
• З фільмів мало не найбільше запам’ятовується екранізація однойменного роману Дена Брауна “Янголи та демони”. Виготовлену в колайдері антиматерію викрадають та планують використати як зброю.

Де можна використовувати антиматерію

Енергія, звісно. Під час взаємної анігіляції речовини та антиречовини виділяється велетенська кількість енергії. Але сьогодні, щоб виготовити 1 грам антиматерії потрібно потратити близько 25 мільярдів доларів. Поки буде зберігатися висока ціна та низькі темпи виробництва, двигунів на антиматерії ми не побачимо.

Дорожнеча ж “ставить хрест” на використанні антиречовини у вигляді зброї. Хоча є одне “але” – 1 грам антиматерії еквівалентний 40-кілотонній ядерній бомбі. Тому тут усе виглядає досить перспективно – 40 кілотонн можна пронести у кишені.

Також антиматерія використовується повсякденно у медицині. Мова йде про позитронно-емісійну томографію. Як пам’ятаємо, позитрон – це античастинка електрона. При ПЕТ-скануванні пацієнтам вводять радіоактивну речовину, яка випускає позитрони при розпаді частинок. Ці позитрони потім стикаються з електронами у тканинах пацієнта, випускаючи гамма-фотони, які фіксуються спеціальною камерою. Відстежуючи гамма-фотони, лікарі можуть отримати тривимірні зображення органів та пухлин.

Антиречовина

Коли почуєш слово антиречовина Це здається чимось типовим для фільму. Однак це щось цілком реальне, і ми навіть виділяємо це в наше тіло. Антиматерія стала дуже важливою для науки, оскільки вона допомагає нам зрозуміти багато аспектів Всесвіту, його становлення та еволюцію. Крім того, це пояснює багато явищ, що мають місце в реальності.

Ви хочете знати, що таке антиречовина і чому це так важливо? Тут ми вам все пояснюємо.

Що таке антиматерія

Антиматерія виникає внаслідок одного з тих величезних рівнянь, які мають мову, яку розшифровувати можуть лише великі фізики та математики. Ці рівняння здаються чимось неправильним і що, як правило, після такої кількості рівнянь, це нормально, що є якась помилка. Однак, це абсолютно правда, а антиречовина справжня.

Це речовина, що складається з того, що називають античастинками. Ці частинки такі ж, як і ті, які ми знаємо, але мають абсолютно протилежний електричний заряд. Наприклад, античастинка електрона, заряд якого від’ємний, – позитрон. Це рівноправний елемент з однаковим складом, але з позитивним зарядом. Це все так просто, і той, хто хоче ускладнити це, помиляється.

Ці частинки та античастинки речовини йдуть парами. Коли вони стикаються, вони знищують одне одного і повністю зникають. В результаті цього зіткнення утворюється спалах світла. Частинки, які не мають зарядів, такі як нейтрино, самі вважаються власними античастинками.

Є кілька теорій, які думають про ці частинки під назвою майорана, і з цього випливає, що частинки темної речовини також можуть бути частинками майорани, тобто вони самі є його античастинкою і частинкою одночасно.

Рівняння Дірака

Як ми вже обговорювали, антиматерія виникає внаслідок математичних досліджень та довгих фізичних рівнянь. Фізик Пол Дірак вивчав все це в 1930 р. Він намагався об’єднати найважливіші фізичні струми в одному: спеціальна теорія відносності та квантова механіка. Ці дві течії, об’єднані в єдину теоретичну базу, могли б значно допомогти в розумінні Всесвіту.

Сьогодні ми знаємо це як рівняння Дірака. Це досить просте рівняння, але таке, що вразило всіх вчених того часу. Рівняння передбачало щось, що здається неможливим, частинки з негативною енергією. Рівняння Дірака говорили, що частинки можуть мати меншу енергію, ніж відпочинок. Тобто вони могли б мати менше енергії, ніж у них, коли вони абсолютно нічого не роблять. Це твердження було важче зрозуміти фізикам. Як ти можеш мати менше енергії, ніж ти, не роблячи нічого, якщо ти вже нічого не робиш сам?

З цього можна було з’ясувати, що частинки мали негативну енергію. Все це викликало реальність, в якій існує море частинок, що мають негативну енергію і які не були відкриті фізикою. Коли нормальна частинка перескакує з нижчого енергетичного рівня на більш високий, вона залишає зазор на нижчому енергетичному рівні, з якого вона вийшла. Тепер, якщо частинка має негативний заряд, дірка може мати негативно заряджену дірку або, що те саме, позитивний заряд, тобто позитрон. Так народилася концепція античастинки.

Де знаходиться антиматерія?

Першими були виявлені частинки антиматерії від космічних променів за допомогою хмарної камери. Ці камери використовуються для виявлення частинок. Вони випромінюють газ, який іонізується після проходження частинок, тому ви можете знати шлях до них. Вчений Карл Д. Андерсон зміг використати магнітне поле, щоб, Коли частинка проходить через камеру, шлях прогинається для свого електричного заряду. Таким чином було досягнуто, що частинка переходила в одну сторону, а античастинка – в іншу.

Пізніше були відкриті антипротони та антинейтрони, і з тих пір відкриттів стало все більше і більше. Антиречовина стає все більш відомою. Нашу планету постійно бомбардують античастинками, які є частиною космічних променів. Найближче до нас – це те, що впливає на нас.

Можна сказати, що ми самі виділяємо антиматерію завдяки складові тіла. Наприклад, якщо ми їмо банан, через розпад калію -40, формуватиме позитрон кожні 75 хвилин. Це означає, що якщо ми виявимо калій -40 у нашому організмі, це буде те, що ми самі є джерелом античастинок.

Для чого це

Звичайно, ви скажете, що яка користь від знання про те, що існує антиматерія. Ну, завдяки їй ми маємо багато вдосконалень у галузі медицини. Наприклад, він широко використовується в позитронно-емісійній томографії. Ці частинки використовуються для створення деяких зображень людського тіла з високою роздільною здатністю. Ці зображення дуже корисні при обстеженні, щоб дізнатись, чи є у нас пухлина, що розростається, або ступінь її розвитку. Також вивчається використання антипротонів для лікування раку.

У майбутньому антиматерія може слугувати перспективним елементом у виробництві енергії. Коли речовина і антиречовина знищуються, вони залишають хорошу форму енергії у вигляді світла. Один грам антиматерії виділив би енергію, еквівалентну ядерній бомбі. Це абсолютно приголомшливо.

Сьогодні проблемою використання антиматерії для отримання енергії є її зберігання. Це те, що ми дуже далекі від вирішення. Кожен грам антиречовини їй знадобиться близько 25.000 XNUMX трильйонів кіловат-годин енергії.

Це також служить для пояснення, чому ми існуємо. Спочатку, згідно з теорія великого вибуху, походження як речовини, так і антиматерії, мабуть, відбувалося за схемою повної симетрії. Якби це було так, ми б уже зникли. Отже, необхідно, щоб на кожну антиречовину була принаймні ще 1 частинка речовини.

Сподіваюся, ця інформація прояснила ваші сумніви щодо антиречовини.

Повний шлях до статті: Мережева метеорологія » Астрономія » Антиречовина

Будьте першим, щоб коментувати