Visatos objektai - galaktikos, žvaigždės, kvazariai, planetos, supernovos, gyvūnai ir žmonės - yra sudaryti iš materijos. Jį formuoja įvairios elementariosios dalelės - kvarkai, leptonai, bozonai. Bet paaiškėjo, kad yra dalelių, kurių viena charakteristikų dalis visiškai sutampa su „originalų“parametrais, o kitos vertės yra priešingos. Ši savybė paskatino mokslininkus suteikti tokių dalelių agregatui bendrąjį pavadinimą „antimaterija“.
Taip pat tapo aišku, kad šią paslaptingą medžiagą išstudijuoti yra daug sunkiau nei registruotis. Stabilios būklės antidalelių gamtoje dar nėra buvę. Problema ta, kad materija ir antimaterija sunaikina (abipusiai sunaikina vienas kitą) „susilietus“. Antimedžiagą gana įmanoma gauti laboratorijose, nors ją gana sunku sudėti. Iki šiol mokslininkai tai sugebėjo padaryti tik keletą minučių.
- „Salik.biz“
Remiantis teorija, Didysis sprogimas turėjo pagaminti tą patį dalelių ir antidalelių skaičių. Bet jei materija ir antimaterija sunaikina viena kitą, tada jos turėjo būti nutrauktos tuo pačiu metu. Kodėl visata egzistuoja?
„Prieš daugiau nei 60 metų ši teorija teigė, kad visos antikūnių savybės sutampa su įprastų dalelių savybėmis veidrodiniame atspindyje. Tačiau pirmoje 60-ųjų pusėje buvo nustatyta, kad kai kuriuose procesuose ši simetrija nėra patenkinta. Nuo to laiko buvo sukurta daugybė teorinių modelių, buvo atlikta dešimtys eksperimentų, skirtų paaiškinti šį reiškinį. Dabar labiausiai išplėtotos teorijos yra tokios, kad materijos ir antimaterijos kiekio skirtumas yra susijęs su vadinamuoju CP simetrijos pažeidimu (iš žodžių „krūvis“- „krūvis“ir paritetas - „paritetas“). Tačiau dar niekas nežino patikimo atsakymo į klausimą, kodėl yra daugiau materijos nei antimedžiaga “, - aiškina Aleksejus Zhemchugovas, Maskvos Fizikos ir technologijos instituto Mikro pasaulių pagrindinių ir taikomųjų fizinių problemų katedros docentas.
Antimaterijos istorija prasidėjo nuo judėjimo lygties elektronui, kuris turėjo sprendimus, kuriuose jis turėjo neigiamą energiją. Kadangi mokslininkai negalėjo įsivaizduoti neigiamos energijos fizinės prasmės, jie „sugalvojo“elektroną su teigiamu krūviu, pavadindami jį „pozitronu“.
Jis tapo pirmuoju eksperimentiškai atrastu antidaleliu. Įrengimas, užregistravęs kosminius spindulius, parodė, kad kai kurių dalelių judesio trajektorija magnetiniame lauke yra panaši į elektrono trajektoriją - tik jos pasislenka priešinga kryptimi. Tada buvo atrasta mezono ir antimono pora, užregistruoti antiprotonai ir antineutronai, tada mokslininkams pavyko susintetinti antihidriną ir antihelio branduolį.
Elektronų ir pozitronų judėjimo trajektorijos magnetiniame lauke / „RIA Novosti“iliustracija. Alina Polyanina
Ką reiškia visi šie „anti“? Paprastai mes naudojame šį priešdėlį, kad apibūdintume priešingą reiškinį. Antimedžiaga - tai gali apimti elementariųjų dalelių, turinčių priešingą krūvį, magnetinį momentą ir kai kurias kitas savybes, analogai. Žinoma, negalima pakeisti visų dalelių savybių. Pavyzdžiui, masė ir gyvenimo trukmė visada turėtų išlikti teigiama, sutelkiant dėmesį į jas, daleles galima priskirti vienai kategorijai (pavyzdžiui, protonams ar neutronams).
Reklaminis vaizdo įrašas:
Jei palyginsime protoną ir antiprotoną, tada kai kurios jų charakteristikos yra vienodos: abiejų masė yra 938,2719 (98) megaelektronvoltas, sukimasis ½ (sukiniu vadinamas dalelės vidinis kampinis momentas, apibūdinantis jos sukimąsi, o pati dalelė yra ramybėje). Bet elektrinis protono krūvis yra 1, o antiprotonas turi minus 1, baronų skaičius (jis nustato stipriai sąveikaujančių dalelių, susidedančių iš trijų kvarkų, skaičių) yra atitinkamai 1 ir minus 1.
Protonas ir antiprotonas / „RIA Novosti“iliustracija. Alina Polyanina
Kai kurios dalelės, tokios kaip Higso bozonas ir fotonas, neturi anti-analogų ir yra vadinamos tikromis neutraliomis.
Dauguma antidalelių kartu su dalelėmis atsiranda procese, vadinamame poravimu. Tokios poros formavimas reikalauja daug energijos, tai yra, milžiniško greičio. Gamtoje antidalelės atsiranda, kai kosminiai spinduliai susiduria su Žemės atmosfera, masyvių žvaigždžių viduje, šalia pulsų ir aktyvių galaktikos branduolių. Mokslininkai tam naudoja susidūrimus-greitintuvus.
Greitojo didžiojo hadronų susidūriklio atkarpa, kurioje dalelės yra pagreitintos / Nuotrauka: CERN
Antimedžiagos tyrimas turi praktinį pritaikymą. Esmė ta, kad sunaikinus materiją ir antimateriją susidaro didelės energijos fotonai. Tarkime, mes paimame protonų ir antiprotonų banką ir pradedame laipsniškai juos skleisti vienas kito atžvilgiu per specialų vamzdelį, pažodžiui vieną po kito. Panaikinus vieną kilogramą antimedžiagos, išleidžiama tiek pat energijos, kiek sudeginant 30 milijonų barelių naftos. Vienam šimtui keturiasdešimt nanogramų antiprotonų pakaktų skrydžiui į Marsą. Svarbu tai, kad norint sukurti ir sulaikyti antimateriją reikia dar daugiau energijos.
Tačiau antimedžiaga jau naudojama praktikoje, medicinoje. Pozitronų emisijos tomografija naudojama diagnostikai onkologijoje, kardiologijoje ir neurologijoje. Metodas pagrįstas medžiagų, kurios suyra, išskiriant pozitroną į tam tikrą organą, tiekimu. Pavyzdžiui, medžiaga, gerai jungianti vėžines ląsteles, gali veikti kaip pernešėja. Norimoje vietoje susidaro padidėjusi radioaktyviųjų izotopų koncentracija ir dėl to nuo jų skilimo susidaro pozitronai. Pozitronai tuoj pat sunaikinami elektronų pagalba. Panaikinimo vietą mes galime gana tiksliai nustatyti įregistravę gama kvantus. Taigi, naudojant pozitronų emisijos tomografiją, galima aptikti padidėjusią transportinės medžiagos koncentraciją tam tikroje vietoje.