10 činjenica Koje Možda Ne Znate O Antimateriji - Alternativni Prikaz

Sadržaj:

10 činjenica Koje Možda Ne Znate O Antimateriji - Alternativni Prikaz
10 činjenica Koje Možda Ne Znate O Antimateriji - Alternativni Prikaz

Video: 10 činjenica Koje Možda Ne Znate O Antimateriji - Alternativni Prikaz

Video: 10 činjenica Koje Možda Ne Znate O Antimateriji - Alternativni Prikaz
Video: ЧТО ТАКОЕ АНТИМАТЕРИЯ? 2024, Ožujak
Anonim

Antimaterija je već dugo predmet znanstvene fantastike. U knjizi i filmu "Anđeli i demoni" profesor Langdon pokušava spasiti Vatikan od antimaterijske bombe. Svemirska letjelica Star Trek koristi uništavajući antimaterijski motor da bi putovao brže od brzine svjetlosti. Ali antimaterija je također predmet naše stvarnosti. Čestice antimaterije su praktički identične njihovim materijalnim partnerima, osim što nose suprotni naboj i okretanje. Kad se antimaterija susretne s materijom, oni se odmah uništavaju u energiju, a to više nije fikcija.

Iako antimaterijske bombe i brodovi na bazi istog goriva još nisu mogući u praksi, postoje mnoge činjenice o antimateriji koje će vas iznenaditi ili omogućiti da osvježite sjećanje na ono što ste već znali.

1. Antimaterija je trebala uništiti svu materiju u svemiru nakon Velikog praska

Prema teoriji, Veliki prasak je rodio materiju i antimateriju u jednakim količinama. Kad se susretnu, dolazi do međusobnog uništenja, uništenja i ostaje nam samo čista energija. Na temelju toga ne bismo trebali postojati.

Image
Image

Ali mi postojimo. I koliko fizičari znaju, to je zato što je za svaku milijardu parova materija-antimaterija postojala jedna dodatna čestica materije. Fizičari se trude da objasne ovu asimetriju.

Promotivni video:

2. Antimaterija vam je bliža nego što mislite

Male količine antimaterije neprestano padaju na Zemlju u obliku kozmičkih zraka, energetskih čestica iz svemira. Te čestice antimaterije dosežu našu atmosferu u razinama od jedne do preko stotine po četvornom metru. Znanstvenici također imaju dokaze da se antimaterija stvara tijekom grmljavinske oluje.

Image
Image

Postoje i drugi izvori antimaterije koji su nam bliži. Banane, na primjer, proizvode antimateriju emitirajući jedan pozitron - antimaterijski ekvivalent elektrona - otprilike jednom svakih 75 minuta. To je zato što banane sadrže male količine kalija-40, prirodni izotop kalija. Kad kalij-40 propadne, ponekad se rodi pozitron.

Naša tijela također sadrže kalij-40, što znači da također emitirate pozitrone. Antimaterija uništava odmah nakon kontakta s materijom, tako da te čestice antimaterije ne ostaju jako dugo.

3. Ljudi su uspjeli stvoriti vrlo malo antimaterije

Uništavanje antimaterije i materije može otpustiti ogromne količine energije. Gram antimaterije može proizvesti eksploziju veličine nuklearne bombe. Međutim, ljudi nisu proizveli puno antimaterije, pa se nema čega bojati.

Image
Image

Svi antiprotoni stvoreni na Tevatron-ovom akceleratoru u Fermi Laboratories jedva će težiti 15 nanograma. CERN je do danas proizveo samo oko 1 nanogram. Na DESY u Njemačkoj - ne više od 2 nanograma pozitrona.

Ako se sve antimaterije koje su stvorili ljudi odmah unište, njegova energija čak neće biti dovoljna da skuha šalicu čaja.

Problem leži u učinkovitosti i troškovima proizvodnje i skladištenja antimaterije. Za stvaranje 1 grama antimaterije potrebno je oko 25 milijuna milijardi kilovat-sati energije i košta više od milijun milijardi dolara. Ne iznenađuje da je antimaterija ponekad navedena kao jedna od deset najskupljih tvari u našem svijetu.

4. Postoji takva zamka kao zamka za antimateriju

Da biste proučavali antimateriju, trebate je spriječiti da uništi materiju. Znanstvenici su otkrili nekoliko načina kako to učiniti.

Napunjene čestice antimaterije poput pozitrona i antiprotona mogu se pohraniti u takozvane Penning zamke. Oni su poput sitnih akceleratora čestica. Unutar njih čestice se kreću u spiralu dok ih magnetska i električna polja sprečavaju da se sudaraju sa zidovima zamke.

Image
Image

Međutim, Penningove zamke ne djeluju na neutralne čestice poput antihidrogena. Budući da nemaju naboja, te se čestice ne mogu ograničiti na električna polja. Zarobljeni su u Ioffeovim zamkama, koje djeluju stvarajući prostor u kojem magnetsko polje postaje veće u svim smjerovima. Čestice antimaterije zaglave se u području s najslabijim magnetskim poljem.

Zemljino magnetsko polje može djelovati kao zamka za antimateriju. Antiprotoni su pronađeni u određenim zonama oko Zemlje - Van Allenovim pojasevima zračenja.

5. Antimaterija može pasti (u doslovnom smislu riječi)

Čestice materije i antimaterije imaju istu masu, ali se razlikuju u svojstvima poput električnog naboja i centrifuge. Standardni model predviđa da bi gravitacija trebala djelovati jednako na materiju i antimateriju, ali to ostaje da se vidi sigurno. Eksperimenti poput AEGIS, ALPHA i GBAR rade na tome.

Image
Image

Promatranje gravitacijskog učinka na primjeru antimaterije nije tako lako kao gledanje jabuke koja pada sa stabla. Ovi eksperimenti zahtijevaju hvatanje antimaterije ili njegovo usporavanje hlađenjem na temperature iznad apsolutne nule. A budući da je gravitacija najslabija od osnovnih sila, fizičari moraju u tim eksperimentima koristiti neutralne čestice antimaterije da spriječe interakciju s moćnijom silom električne energije.

6. Antimaterija se proučava u moderatorima čestica

Jeste li čuli za akceleratore čestica i jeste li čuli za sporije čestice? U CERN-u postoji stroj zvan Antiproton Decelerator u kojem se antiprotoni hvataju i usporavaju kako bi se proučila njihova svojstva i ponašanje.

Image
Image

U akceleratorima čestica prstena poput Velikog hadronskog sudarača, čestice dobivaju energetsko pojačanje svaki put kada završe krug. Retarderi djeluju suprotno: umjesto da ubrzavaju čestice, guraju ih u suprotnom smjeru.

7. Neutrini mogu biti vlastite antičestice

Čestica materije i njen antimaterijski partner nose suprotne naboje, zbog čega ih je lako razlikovati. Neutrinovi, gotovo bezmasne čestice koje rijetko komuniciraju s materijom, nemaju naboja. Znanstvenici vjeruju da su to majoranske čestice, hipotetička klasa čestica koje su njihove vlastite antičestice.

Image
Image

Projekti poput Majoranskog demonstratora i EXO-200 usmjereni su na utvrđivanje jesu li neutrini zaista majoranske čestice promatrajući ponašanje onoga što je poznato kao dvostruko beta raspadanje neutrina.

Neka radioaktivna jezgra propadaju istovremeno, emitujući dva elektrona i dva neutrina. Ako su neutrini bili vlastiti antičestice, oni bi se uništili nakon dvostrukog propadanja, a znanstvenici bi morali promatrati samo elektrone.

Potraga za neutrinama majorane možda će vam pomoći objasniti zašto postoji asimetrija tvari-antimaterije. Fizičari sugeriraju da neutrini majorane mogu biti ili teški ili lagani. Pluća postoje u naše vrijeme, a teška su postojala odmah nakon Velikog praska. Teški majoranski neutrini propadali su asimetrično, dovodeći do pojave malene količine tvari koja je ispunila naš svemir.

8. Antimaterija se koristi u medicini

PET, PET (pozitronska emisijska topografija) koristi pozitrone za proizvodnju slika tijela visoke rezolucije. Radioaktivni izotopi koji izazivaju pozitron (poput onih koje smo pronašli u banani) pričvršćuju se u kemikalijama poput glukoze u tijelu. Ubrizgavaju se u krvotok gdje prirodno propadaju, emitirajući pozitrone. Oni se zauzvrat susreću s tjelesnim elektronima i uništavaju. Uništavanjem nastaju gama zrake koje se koriste za izgradnju slike.

Image
Image

Znanstvenici iz ACE projekta u CERN-u proučavaju antimateriju kao potencijalnog kandidata za liječenje raka. Liječnici su već shvatili da mogu usmjeriti zrake čestica na tumore, emitirajući svoju energiju tek nakon što sigurno prođu kroz zdravo tkivo. Korištenje antiprotona će dodati dodatni porast energije. Pokazalo se da je ova tehnika učinkovita u liječenju hrčaka, ali još nije testirana na ljudima.

9. Antimaterija može vrebati u prostoru

Jedan od načina na koji znanstvenici pokušavaju riješiti problem asimetrije antimaterije je traženje antimaterije preostale od Velikog praska.

Alfa magnetski spektrometar (AMS) detektor čestica smješten je na Međunarodnoj svemirskoj stanici i traži takve čestice. AMS sadrži magnetska polja koja savijaju put kozmičkih čestica i odvajaju materiju od antimaterije. Njeni detektori moraju otkriti i prepoznati takve čestice dok prolaze.

Image
Image

Sudari kozmičkih zraka obično stvaraju pozitrone i antiprotone, ali šanse za stvaranje antihelijum-atoma ostaju izuzetno male zbog ogromne količine energije potrebne za taj proces. To znači da bi promatranje barem jednog nukleolusa antihelija bilo moćan dokaz postojanja ogromnih količina antimaterije drugdje u svemiru.

10. Ljudi zapravo nauče kako opremiti antimaterijsko gorivo za svemirske letjelice, Vrlo malo antimaterije može generirati ogromne količine energije, što ga čini popularnim gorivom za futurističke brodove znanstvene fantastike.

Hipotetički je moguće protu-raketno pokretanje antimaterije; glavno ograničenje je prikupljanje dovoljno antimaterije da se to dogodi.

Image
Image

Još nema tehnologija za masovnu proizvodnju ili prikupljanje antimaterije u količinama potrebnim za takvu primjenu. Međutim, znanstvenici rade na oponašanju takvog kretanja i skladištenja ove vrlo antimaterije. Jednog dana, ako pronađemo način za proizvodnju velikih količina antimaterije, njihovo bi istraživanje moglo pomoći da međuzvjezdana putovanja postanu stvarnost.

Na temelju materijala s symmetrymagazine.org

ILYA KHEL