Mes gyvename visatoje, kurioje yra daug materijos, ir apskritai nėra antimedžiagos. Du mūsų skaitytojai nori sužinoti, kas yra antimaterija, ir fizikas jiems pateikia atsakymą į šį klausimą.
Antimaterija. Nuo šio žodžio kvėpuoja žavios knygos ir filmai, kuriuose piktadariai patenka į sprogmenis iš antimedžiagos ar kosminiai laivai keliauja tokiu kuru.
- „Salik.biz“
Bet kas yra ši medžiaga - kas iš esmės yra antimaterija?
„Wiedenskub“skaitytojai tai labai norėtų žinoti. Jie perskaitė keletą iš daugelio mūsų paskelbtų straipsnių apie fizikų eksperimentus su antimaterija, tačiau jie norėtų sužinoti daugiau.
Pirmiausia turime paaiškinti, kad fizikų antimaterijos neturėtų būti painiojamos su tais antikūnais, kurie mums žinomi iš biologijos ir medicinos. Ten antikūnai (dar vadinami imunoglobulinais) yra specialūs baltymų junginiai, organizmo gynybos nuo ligų dalis. Jie gali prisijungti prie pašalinių molekulių ir taip apsaugoti kūną nuo mikroorganizmų ir virusų.
Bet čia apie juos nekalbėsime. Kreipėmės į mokslininką iš fizikos pasaulio: Arhuso universiteto Fizikos ir astronomijos katedros dėstytojas Nikolajus Zineris mielai papasakos apie antimateriją.
Medžiaga su priešingu krūviu
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Visos tos dalelės, kurios, kaip žinome, yra gamtoje, viskas, iš ko susideda mūsų pasaulis, egzistuoja variantais su priešingu krūviu. Tai yra antimaterija “, - sako Nikolajus Sinneris.
„Antimaterija atrodo lygiai taip pat ir turi tokią pat masę kaip ir paprastosios medžiagos, tačiau jos krūvis yra visiškai priešingas. Pavyzdžiui, teigiamai įkrauti pozitronai turi neigiamai įkrautus elektronus. Pozitronai yra elektronų dalelės “.
Taigi antimedžiagoje nėra nieko iš esmės neįprasto. Tai tiesiog medžiaga, turinti priešingą krūvį, palyginti su medžiaga, kurios aplinkoje dažniausiai esame. Tačiau kodėl to tiek mažai, tėra paslaptis, ir prie to grįšime vėliau.
„Kasdieniniame gyvenime mes nesusiduriame su antimaterija, tačiau ji pasitaiko daugelyje situacijų, pavyzdžiui, radioaktyvaus skilimo metu, veikiant kosminei radiacijai ir greitintuvams. Tai tiesiog labai greitai vėl išnyksta. Kai pozitronas susitinka su elektronu, rezultatas yra gryna energija dviejų aukštos energijos šviesos dalelių - kvantų - pavidalu.
Dingsta mirksint šviesai
„Čia yra elektronas ir pozitronas, jie turi priešingus krūvius, todėl traukia. Jie gali labai arti vienas kito, o kai tai atsitiks, jie susilieja ir sudaro du fotonus. Tai gamtos dėsnių pasekmė, - sako Nikolajus Sinneris. "Dviejų dalelių masė paverčiama energija dviejų dalelių pavidalu - gama spinduliuotės kvantais".
„Jei turėtumėte daug antimedžiagos ir leistumėte jai liestis su įprasta medžiaga, jūs sukeltumėte labai galingą reakciją. Ir atvirkščiai: energiją galima paversti materija ir antimaterija, o tai atsitinka dalelių greitintuvuose “.
Naudojamas medicininiuose skeneriuose
Būtent šis reiškinys, kai materijos ir antimaterijos susitikimas lemia jų išnykimą ir energijos išsiskyrimą, yra bene pirmasis dalykas, kuris žavi mokslinės fantastikos autorius.
Pvz., Antimaterija vaidina svarbų vaidmenį Dano Browno angeluose ir demonuose, o „Star Trek“žvaigždėse tarpžvaigždiniai laivai plaukia antimaterijoje.
Tačiau realiame pasaulyje antimaterija yra taikesnė.
Antimaterija, susidariusi pozitronų pavidalu nuo radioaktyviųjų medžiagų skilimo, ligoninėse naudojama PET (pozitronų emisijos tomografijos) skaitytuvuose, kurie gali fotografuoti vidaus organus ir aptikti juose nesveikus procesus.
„Taigi antimaterija nėra tokia mistiška. Tai gamtos dalis, kuria mums patinka naudotis “, - sako Nikolajus Sinneris.
Valgydami bananus mes taip pat patiriame antimateriją. Juose yra kalio, kuris yra šiek tiek radioaktyvus ir išskiria pozitronus, kai jis suyra. Maždaug kas 75 minutes bananas skleidžia pozitroną, kuris greitai susiduria su elektronu, ir jie virsta dviem gama fotonais.
Bet visa tai visiškai nėra pavojinga. Norėdami gauti radiacijos dozę, atitinkančią tai, ką gauname atlikdami rentgeno nuotrauką, turėsime suvartoti kelis šimtus bananų.
Buvo prognozuojama dar prieš atradimą
Galite geriau suprasti, kas yra antimaterija, jei pažvelgsite į jos atradimo istoriją. Įdomu tai, kad antimaterijos egzistavimas buvo numatytas dar prieš ją atradus.
1920-aisiais paaiškėjo, kad nauja teorija, vadinama kvantine mechanika, buvo tobula aprašyti mažiausias materijos daleles - atomus ir elementarias daleles. Tačiau nebuvo taip lengva sujungti kvantinę mechaniką su antrąja didele XX amžiaus teorija - reliatyvumo teorija.
Jaunas britų fizikas Paulius Diracas suskubo išspręsti šią problemą ir sugebėjo išvesti lygtį, kurioje kvantinė mechanika sujungta su specialiu reliatyvumu.
Šios lygties pagalba tapo įmanoma apibūdinti elektrono judesį, net jei jo greitis priartėjo prie šviesos greičio.
Bet lygtis paruošė staigmeną. Jis turėjo du sprendimus, lygiai kaip lygtį „x² = 4“: x = 2 ir x = -2 “. Tai yra, jis galėtų apibūdinti ne tik gerai žinomą elektroną, bet ir kitą dalelę - elektroną su neigiama energija.
Aptikta Wilsono kameroje
Tuomet jie nieko nežinojo apie daleles, turinčias neigiamą energiją, ir Paulius Diracas savo atradimą interpretavo taip: gali būti dalelė, tiksliai lygi elektronui, išskyrus priešingą krūvį.
Jei elektronas turi neigiamą krūvį, tada turi būti atitinkama dalelė su teigiamu krūviu. Remiantis skaičiavimais, ta pati taisyklė turėtų būti taikoma visoms elementariosioms dalelėms, tai yra, apskritai visoms dalelėms, kurios sudaro pasaulį.
Ir taip prasidėjo antielektronų medžioklė. Amerikiečių fizikas Carlas Andersonas panaudojo rūko kamerą (dar vadinamą Wilsono fotoaparatu), kad aptiktų dalelių pėdsakus iš kosmoso, kurių masė yra tokia pati kaip elektrono, bet su priešingu krūviu.
Taip buvo atrastas Dirako antielektronas, kuris buvo pavadintas pozitronu - trumpai tariant „teigiamu elektronu“. Nuo to momento, žingsnis po žingsnio, buvo atrastos naujos antidalelės.
Pradžioje Visata buvo gryna energija
Diracas pasiūlė, kad tolimas žvaigždes - galbūt pusę visų, kurias matome danguje - gali sudaryti ne antimaterija, o antimedžiaga. Tai, pavyzdžiui, išplaukia iš jo kalbos, kurią jis pasakė priimdamas Nobelio fizikos premiją 1933 m.
Tačiau šiandien mes žinome, kad visatoje visa yra sudaryta tik iš materijos, o ne iš antimedžiagos. Ir tai tikrai paslaptinga, nes visatos egzistavimo pradžioje abiejų turėjo būti maždaug tiek pat, - aiškina Nikolajus Sinneris.
„Jei pradėsime atsukti Visatos raidą, energijos bus vis daugiau. Padidės tankis, pakils temperatūra. Galiausiai viskas virsta gryna energija - energiją nešančiomis ar jėgos dalelėmis, pavyzdžiui, fotonais. Tai buvo visatos pradžia, remiantis mūsų paplitusiomis kosmologinėmis teorijomis “.
„Ir jei mes vėl eisime pirmyn iš šio atskaitos taško, tada tam tikru momentu energija turės pradėti virsti materija. Medžiagą iš grynos energijos sukurti yra visiškai įmanoma, tačiau tokiu atveju jūs gaunate tiek antimedžiagos, kiek materijos. Tai ir yra problema - jūs tikėtumėtės abiejų vienodo dydžio “.
„Turi būti kažkoks gamtos įstatymas, atsakingas už tai, kad šiandien yra daugiau materijos nei antimedžiaga. Ir nieko daugiau negalima pasakyti apie šį disbalansą. Taigi šią asimetriją būtų galima paaiškinti “.
Neutrinai padės išspręsti mįslę
Didelis klausimas yra tas, kur gamtos įstatymuose reikėtų ieškoti priežasties, kodėl materija pergalėjo prieš antimateriją. Fizikai bando tai išsiaiškinti per eksperimentus.
CERN tyrimų centre Šveicarijoje antimaterija gaminama ir laikoma magnetiniuose laukuose. Atlikdami antihidrogeno eksperimentus, fizikai bando rasti atsakymą į klausimą, ar materija ir antimaterija yra tikslūs vienas kito veidrodiniai vaizdai.
Galbūt tarp jų vis dar yra nedidelis skirtumas, išskyrus krūvį, ir šis skirtumas padės paaiškinti, kodėl visatoje yra tiek daug materijos, palyginti su antimaterija.
Sugebėjo sukurti antihelį
Kadangi antimaterija yra labai reta ir greitai išnyksta, kai ji susiduria su medžiaga, gamtoje nėra antimaterijos molekulių ir gali būti sukurtos tik mažiausios jos molekulės.
2011 metais Amerikos mokslininkams pavyko sukurti antihelį. Didesnių atomų nebuvo.
Mes, Wiedenskab, daug rašėme apie šiuos eksperimentus, kurie iki šiol įrodo, kad antimedžiagos elgiasi lygiai taip pat, kaip ir materija, kuri, pavyzdžiui, aprašyta straipsnyje „Orhuso mokslininkas atliko tiksliausius antihidrogeno matavimus istorijoje“. Ir galbūt šios mįslės sprendimas padės mums surasti elementarias daleles, vadinamas neutrinomis. Apie tai rašėme straipsnyje „Ledo eksperimentas atskleis materijos paslaptį“.
„Galime tikėtis, kad atsakymą rasime neutrinoje, nes mes jau žinome, kad jis elgiasi keistai. Čia yra daug fizikos spragų, todėl būtų protinga čia pradėti kasti “, - sako Nikolajus Sinneris.
Pats antimaterija nėra tas mistiškas, tačiau fizikai dar nesuvokė, kodėl šiandien visatoje yra tiek daugiau materijos nei antimaterija. Jie dirba šiuo klausimu.
Henrikas Bendixas