Антиматерия, что это такое, факты и применение

Антиматерия – это вещество, состоящее из античастиц. Упрощенно говоря, наша реальность состоит из протонов, нейтронов и электронов. Частицы антиматерии имеют такую же массу, как наши, но у них противоположный электрический заряд. Наш протон заряжен положительно, а антипротон – отрицательно.
Если протон и антипротон встречаются, то происходит взаимная аннигиляция – частицы исчезают, порождая радиоактивное гамма-излучение и нейтрино.

Наша вселенная почти полностью состоит из обычного вещества. Почему, если законы физики не запрещают существование антиматерии? Эта загадка остается одним из величайших нерешенных вопросов науки.

Из чего состоит антиматерия

Верхняя часть: из чего состоит материя. Нижняя часть – материя и антиматерия

Антиматерия история понятия

Впервые термин «антиматерия» придумал англичанин Артур Шустер в конце 19 века. Когда Джозеф Томсон открыл электрон в 1898 году, Шустер предположил, что должна существовать противоположная частица, поскольку был фанатом симметрии. Но тогда его выкладки не имели теоретического и экспериментального обоснования, и ему никто не верил.

Уравнение Шредингера

Уравнения Шредингера предсказывает возможность существования антиэлектронов

К вопросу вернулся Поль Дирак в 1928 году. Он открыл, что релятивистская версия уравнения Шредингера предсказывает возможность существования антиэлектронов. Уравнение Шредингера играет столь же важную роль в квантовой механике, как второй закон Ньютона в классической физике.

Открытие антиматерии

Такие частицы были открыты в космических лучах – в 1932 году, их назвали позитронами. Карл Андерсон обнаружил, что анти-электроны рождались из фотонов вместе с обычными электронами, пролетали какое-то расстояние и аннигилировали. Сейчас все античастицы открыты – у каждой обычной частицы есть пара.
В подавляющем большинстве случаев мы видим их в научных экспериментах. Первую антиматерию синтезировали в 1965 году – ученые создали анти-дейтрон (ядро дейтерия, тяжелого изотопа водорода). Дейтерий применяют в водородных бомбах и в качестве индикатора в лабораторных исследованиях.
В 1995 году ученые ЦЕРНа создали антиводород, а в 2010 научились удерживать пойманную антиматерию на какое-то время – пока на 1 000 секунд (чуть больше 16 минут).

Как получить антивещество

В 2008 году Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса нашла способ, как получить антивещество. Ученые бомбардировали золотые пластины толщиной всего миллиметр. Мощный лазер разгонял электроны, которые затем летели через пластины и выбивали атомы золота. Попутно частицы производили энергию, распадавшуюся на материю и антиматерию.

В 2023 году ученые на немецком FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) планируют получить стабильное антивещество. FAIR также будет заниматься исследованиями по ядерной астрофизике и радиационному материаловедению.

Применение антиматерии

Сейчас антиматерия в основном имеет теоретическое значение, однако уже сейчас мы применяем на практике позитроны. С их помощью диагностируют рак и исследуют материалы.

Снимок мозга полученный на ПЭТ

Снимок мозга, полученный на ПЭТ – позитронно-эмиссионной томографии

Антиматерию также возможно использовать в космонавтике. Ученые работают над эффективным ракетным двигателем на ее основе, хотя пока прогресс невелик. А ведь аннигиляция материи массой 1 килограмм выделит огромное количество энергии – как от 30 млн баррелей нефти. Столько способна добыть Саудовская Аравия за месяц.

А пока что это самый дорогой материал на земле. Один миллиграм позитронов в 2006 году стоил около $25 млн.

Заключение

Пока что антивещество и антиматерия по большей части фигурируют в научно-фантастических произведениях, где из них создаются бомбы, грозящие уничтожить все живое. Но прогресс не стоит на месте. Вполне вероятно, антиматерия будет широко распространена в космонавтике и медицине.


Последние новости

Добавить комментарий