Universets objekter - galakser, stjerner, kvasarer, planeter, supernovaer, dyr og mennesker - er sammensat af stof. Det dannes af forskellige elementære partikler - kvarker, leptoner, bosoner. Men det viste sig, at der er partikler, hvor den ene del af egenskaberne fuldstændigt falder sammen med parametrene for "originaler", og den anden har de modsatte værdier. Denne egenskab fik forskere til at give aggregatet af sådanne partikler det generelle navn "antimatter".
Det blev også klart, at det er meget vanskeligere at studere dette mystiske stof end at registrere. Antipartikler i stabil tilstand er endnu ikke fundet i naturen. Problemet er, at materie og antimaterie udslettes (gensidigt udslettes hinanden) ved "kontakt". Det er meget muligt at få antimaterie i laboratorier, selvom det er ret vanskeligt at indeholde det. Indtil videre har forskere været i stand til kun at gøre dette i et par minutter.
Ifølge teorien skulle Big Bang have produceret det samme antal partikler og antipartikler. Men hvis materie og antimateriale ødelægger hinanden, burde de have ophørt med at eksistere på samme tid. Hvorfor findes universet?
”For mere end 60 år siden sagde teorien, at alle egenskaber ved antipartikler falder sammen med egenskaberne af almindelige partikler i spejlreflekteret rum. I den første halvdel af 60'erne blev det imidlertid opdaget, at i nogle processer denne symmetri ikke er tilfreds. Siden da er der skabt mange teoretiske modeller, snesevis af eksperimenter er blevet udført for at forklare dette fænomen. Nu er de mest udviklede teorier, at forskellen i mængden af stof og antimateriale er forbundet med den såkaldte krænkelse af CP-symmetri (fra ordene ladning - "ladning" og paritet - "paritet"). Men ingen ved endnu et pålideligt svar på spørgsmålet om, hvorfor der er mere stof end antimaterie,”forklarer Alexey Zhemchugov, lektor ved Institut for Grundlæggende og Anvendte Problemer med Fysik i Microworld ved Moskva Institut for Fysik og Teknologi.
Antimateriets historie begyndte med ligningen af bevægelse for elektronet, som havde løsninger, hvori det havde negativ energi. Da forskere ikke kunne forestille sig den fysiske betydning af negativ energi, "opfandt de" en elektron med en positiv ladning og kaldte den "positron".
Han blev den første eksperimentelt opdagede antipartikel. Installation, registrering af kosmiske stråler, viste, at bevægelsesbanen for nogle partikler i et magnetfelt svarer til en elektrons bane - kun de afbøjes i den modsatte retning. Derefter blev meson-antimeson-paret opdaget, antiproton- og antineutronen blev registreret, og så var forskere i stand til at syntetisere antihydrogen og antiheliumkernen.
Baner med bevægelse af et elektron og en positron i et magnetfelt / Illustration af RIA Novosti. Alina Polyanina
Hvad betyder alle disse "anti"? Vi bruger normalt dette præfiks til at betegne det modsatte fænomen. Hvad angår antimaterie - kan det omfatte analoger af elementære partikler, der har modsat ladning, magnetisk moment og nogle andre egenskaber. Naturligvis kan alle egenskaber ved en partikel ikke vendes. For eksempel skal masse og levetid altid forblive positiv, med fokus på dem, kan partikler henføres til en kategori (for eksempel protoner eller neutroner).
Salgsfremmende video:
Hvis vi sammenligner et proton og et antiproton, er nogle af deres karakteristika de samme: massen af begge dele er 938,2719 (98) megaelektronvolt, spin ½ (spin kaldes det indre indre vinkelmoment for en partikel, der kendetegner dens rotation, mens selve partiklen er i ro). Men den elektriske ladning af protonen er 1, og antiprotonen har minus 1, baryontallet (det bestemmer antallet af stærkt interagerende partikler bestående af tre kvarker) henholdsvis 1 og minus 1.
Proton og antiproton / Illustration af RIA Novosti. Alina Polyanina
Nogle partikler, såsom Higgs boson og foton, har ingen anti-analoger og kaldes ægte neutral.
De fleste antipartikler sammen med partikler forekommer i en proces kaldet parring. Dannelsen af et sådant par kræver høj energi, det vil sige en enorm hastighed. I naturen opstår antipartikler, når kosmiske stråler kolliderer med jordens atmosfære, inde i massive stjerner, ved siden af pulsarer og aktive galaktiske kerner. Forskere bruger colliders-acceleratorer til dette.
Accelererende del af Large Hadron Collider, hvor partikler accelereres / Photo: CERN
Undersøgelsen af antimateriale har praktiske anvendelser. Pointen er, at udslettelse af stof og antimaterie genererer højenergi-fotoner. Lad os sige, at vi tager en bank med protoner og antiprotoner og begynder gradvist at frigive dem mod hinanden gennem et specielt rør, bogstaveligt talt et ad gangen. Udslettelse af et kilo antimaterie frigiver den samme mængde energi som forbrænding af 30 millioner tønder olie. 100 nanogram antiprotoner ville være helt nok til en flyvning til Mars. Fangsten er, at det tager endnu mere energi at generere og holde antimaterie.
Imidlertid bruges antimateria allerede i praksis, inden for medicin. Positronemissionstomografi bruges til diagnostik inden for onkologi, kardiologi og neurologi. Metoden er baseret på afgivelse af stof, der henfalder med udsendelse af en positron til et specifikt organ. For eksempel kan et stof, der binder godt til kræftceller, fungere som en transport. I det krævede område dannes en øget koncentration af radioaktive isotoper og følgelig positroner fra deres henfald. Positronerne udslettes straks med elektroner. Og vi kan helt fastlægge udryddelsespunktet ved at registrere gamma quanta. Ved hjælp af positronemissionstomografi er det således muligt at detektere en øget koncentration af transportsubstansen på et bestemt sted.