Hvordan flyver man til Mars om en måned? For at gøre dette skal du give rumfartøjet et godt løft. Desværre giver det bedste brændstof til rådighed for mennesker - nukleare en bestemt impuls på 3000 sekunder, og flyvningen strækker sig i mange måneder. Er der ikke noget mere energisk ved hånden? Teoretisk er der: termonuklear fusion; det giver en impuls på hundreder af tusinder af sekunder, og brugen af antimaterie vil give en impuls på millioner af sekunder.
Antimateriale kerner er bygget af antinucleoner, og den ydre skal består af positroner. På grund af uoverensstemmelsen i den stærke interaktion med hensyn til ladningskonjugering (C-invarians) har antinuclei det samme masse og energispektrum som kerner, der består af de tilsvarende nukleoner, og atomerne i antimaterie og stof skal have identisk struktur og kemiske egenskaber, med et enkelt HO, kollisionen mellem et objekt, bestående af stof, med et objekt med antimaterie fører til udslettelse af partikler og antipartikler inkluderet i deres sammensætning.
Udslettet af langsomme elektroner og positroner fører til dannelse af gamma quanta, og udslettelsen af langsomme nukleoner og antinucleoner fører til dannelsen af flere pi-mesoner. Som et resultat af efterfølgende henfald af mesoner dannes hård gammastråling med en energi af gammakvanta på mere end 70 MeV.
Antielektroner (positroner) blev forudsagt af P. Dirac og derefter opdaget eksperimentelt i”brusere” af P. Anderson, som ikke engang vidste om Diracs forudsigelse på det tidspunkt. Denne opdagelse blev tildelt Nobelprisen i fysik i 1936. Antiproton blev opdaget i 1955 på Bevatron i Berkeley, som også blev tildelt Nobelprisen. I 1960 blev en antineutron opdaget der. Med idriftsættelsen af Serpukhov-acceleratoren lykkedes det vores fysikere også at komme foran på nogle måder - i 1969 blev der opdaget antiheliumkerner. Men antimateriets atomer kunne ikke opnås. Og for at være ærlig har antipartikler under hele eksistensen af acceleratorer modtaget ubetydelige mængder - alle antiprotoner, der er syntetiseret ved CERN om et år, vil være nok til at betjene en pære i flere sekunder.
Den første besked om syntese af ni atomer af antimateriale - antihydrogen inden for rammerne af ATRAP-projektet (CERN) dukkede op i 1995. Efter at have eksisteret i ca. 40 ns, døde disse enkelte atomer og frigav den foreskrevne mængde stråling (som blev registreret). Målene var klare og berettigede indsatsen, opgaverne blev bestemt, og i 1997 nær Genève, takket være international økonomisk bistand, begyndte CERN opførelsen af en desselerator (lad os ikke oversætte den med det dissonante ækvivalent som "hæmmer"), som gjorde det muligt at bremse ("cool") antiprotoner tilbage i ti millioner gange i 1995-installationen. Denne enhed, kaldet Antiproton Moderator (AD), trådte i drift i februar 2002.
Opsætningen - efter at antiprotonerne forlader den langsommere ring - består af fire hoveddele: en fælde til fældning af antiprotoner, en positron-opbevaringsring, en blandefælde og en antihydrogendetektor. Antiproton-fluxen decelereres først ved mikrobølgestråling, afkøles derefter som et resultat af varmeveksling med en strøm af lavenergi-elektroner, hvorefter den falder i en fælde - en mikser, hvor den er ved en temperatur på 15 K. Positionslagringsenheden bremser successivt ned, fanger og akkumulerer positroner fra en radioaktiv kilde; cirka halvdelen af dem falder i en blandefælde, hvor de yderligere afkøles ved synkrotronstråling. Alt dette er nødvendigt for at øge sandsynligheden for dannelse af antihydrogenatomer markant.
Hos Antiproton Moderator begyndte en hård konkurrence mellem to grupper af videnskabsfolk, deltagere i ATHENA-eksperimenterne (39 videnskabsfolk fra forskellige lande i verden) og ATRAP.
I Nature 2002, bind 419, s. 439, ibid s. 456), offentliggjort den 3. oktober 2002, hævdede ATHENA-eksperimentet, at det var lykkedes dem at producere 50.000 antimateriale atomer - antihydrogen. Tilstedeværelsen af antimaterielle atomer blev registreret på tidspunktet for deres udslettelse, hvilket blev beviset ved skæringspunktet på et punkt af sporene fra to hårde kvanta dannet under elektron-positron udslettelse, og spor af pioner, der er resultatet af udslettelsen af et antiproton og et proton. Det første "portræt" af antimaterie (foto i begyndelsen) blev opnået - et computerbillede syntetiseret fra sådanne punkter. Da kun de atomer, der "gled" ud af fælden, blev udslettet (og der kun var 130 af dem, der blev talt pålideligt), skaber de erklærede 50.000 antihydrogenatomer kun en usynlig baggrund af "portrættet".
Salgsfremmende video:
Problemet er, at antihydrogenudslettelse blev registreret mod en generel, stærkere baggrund af positron- og antiproton-udslettelse. Dette medførte naturligvis en sund skepsis blandt kolleger fra det tilstødende konkurrerende projekt ATRAP. De på sin side, efter at have syntetiseret antihydrogen på den samme facilitet, var i stand til at registrere antihydrogenatomer ved hjælp af komplekse magnetiske fælder uden noget baggrundssignal. De antihydrogenatomer, der blev dannet i eksperimentet, blev elektrisk neutrale og kunne i modsætning til positroner og antiprotoner frit forlade området, hvor ladede partikler var indesluttet. Det var der, uden baggrund, at de blev registreret.
Det anslås, at ca. 170.000 antihydrogenatomer blev dannet i fælden, som forskerne rapporterede i en artikel offentliggjort i Physical Review Letters.
Og dette er allerede en succes. Nu kan den modtagne mængde antihydrogen være tilstrækkelig til at undersøge dens egenskaber. For antihydrogenatomer foreslås det for eksempel at måle frekvensen af den 1s-2s elektroniske overgang (fra jordtilstanden til den første exciterede tilstand) ved højopløsnings-laserspektroskopimetoder. (Hyppigheden af denne overgang i brint er kendt med en nøjagtighed på 1,8 - 10–14 - det er ikke for intet, at brintmasten betragtes som en frekvensstandard.) I henhold til teorien skal de være de samme som i almindeligt brint. Hvis for eksempel absorptionsspektret viser sig at være anderledes, bliver du nødt til at foretage justeringer af de grundlæggende fundamenter i moderne fysik.
Men interessen for antimaterie - antimaterie er på ingen måde rent teoretisk. En antimattermotor kan f.eks. Fungere som følger. Først oprettes to skyer af flere billioner antiprotoner, som forhindres i at røre ved stof ved hjælp af en elektromagnetisk fælde. Derefter indsprøjtes en 42-nanogram partikel brændstof mellem dem. Det er en uranium-238 kapsel, der indeholder en blanding af deuterium og helium-3 eller deuterium og tritium.
Antiprotoner ødelægger øjeblikkeligt med urankerne og får dem til at henfalde til fragmenter. Disse fragmenter, sammen med den resulterende gamma-quanta, opvarmer indersiden af kapslen så meget, at der begynder en termonuklear reaktion der. Dens produkter, som har en enorm energi, accelereres endnu mere med magnetfeltet og flyver væk gennem motordysen, hvilket giver rumfartøjet uhørt træk.
Hvad angår flyvningen til Mars om en måned, anbefaler amerikanske fysikere at bruge en anden teknologi til det - nuklear fission katalyseret af antiprotoner. Derefter kræver hele flyvningen 140 nanogram antiprotoner, ikke medregnet radioaktivt brændstof.
Nye målinger, der blev foretaget i Stanford Research Center (Californien), hvor en lineær partikelaccelerator er installeret, har gjort det muligt for forskere at gøre fremskridt med at besvare spørgsmålet om, hvorfor materie hersker over antimateriale i universet.
Resultaterne af eksperimentet bekræfter de tidligere antagelser om udviklingen af en ubalance mellem disse modsatte enheder. Forskere siger imidlertid, at de gennemførte undersøgelser har stillet flere spørgsmål end svar: eksperimenter med en accelerator kan ikke give en fuldstændig forklaring på, hvorfor der er så meget stof i rummet - milliarder af galakser fyldt med stjerner og planeter.
Forskere, der arbejdede med acceleratoren, målte en parameter kendt som sinus for to beta (0,74 plus eller minus 0,07). Denne indikator afspejler graden af asymmetri mellem stof og antimaterie.
Som et resultat af Big Bang skulle den samme mængde stof og antimaterie være blevet dannet, som derefter udslettede og efterlod intet andet end energi. Dog er det univers, vi observerer, udiskutabelt bevis for materiens sejr over antimatter.
For at forstå, hvordan dette kunne ske, kiggede fysikere på en effekt, der kaldes brud på ligestilling. For at observere denne effekt studerede forskere B-mesoner og anti-B-mesoner, partikler med en meget kort levetid - billioner af et sekund.
Forskellene i opførelsen af disse absolut modsatte partikler viser forskellene mellem stof og antimaterie og forklarer til dels hvorfor den ene sejrer over den anden. De millioner af B-mesoner og anti-B-mesoner, der kræves til eksperimentet, blev dannet som et resultat af kollisioner i acceleratoren for bjælkerne af elektroner og positroner. De første resultater, der blev opnået tilbage i 2001, viser tydeligt en krænkelse af ligestillingen af gebyrer for B-mesoner.
”Dette var en vigtig opdagelse, men der skal stadig indsamles en masse data for at validere sinus af to beta som en grundlæggende konstant i kvantefysik,” sagde Stewart Smith fra Princeton University. "De nye resultater blev annonceret efter tre års intensiv forskning og analyse af 88 millioner begivenheder."
De nye målinger stemmer overens med den såkaldte "standardmodel", der beskriver elementære partikler og deres interaktion. Den bekræftede grad af krænkelse af ligestillingen af afgifter i sig selv er ikke tilstrækkelig til at forklare ubalancen mellem stof og antimaterie i universet.
"Tilsyneladende skete der, ud over uligheden i afgifter, noget andet, der forårsagede overvægt af materie til stjerner, planeter og levende organismer," kommenterede Hassan Jawahery, en medarbejder ved University of Maryland. "I fremtiden kan vi muligvis forstå disse skjulte processer og besvare spørgsmålet om, hvad der bragte universet til sin nuværende tilstand, og dette vil være den mest spændende opdagelse."