Kako letjeti na Mars za mjesec dana? Da biste to učinili, morate dati svemirskom brodu dobar poticaj. Jao, najbolje gorivo na raspolaganju čovjeku - nuklearni daje specifičan impuls od 3000 sekundi, a let se proteže više mjeseci. Zar vam ne stoji nešto energičnije? Teoretski postoji: termonuklearna fuzija; on pruža impuls stotina tisuća sekundi, a upotreba antimaterije pružit će impuls od milijun sekundi.
Jezgre antimaterije su izgrađene od antinukleona, a vanjska ljuska se sastoji od pozitrona. Zbog invariance snažne interakcije s obzirom na konjugaciju naboja (C-invarijancija), antinuklei imaju masni i energetski spektar jednak onome u jezgrama koji se sastoje od odgovarajućih nukleona, a atomi antimaterije i materije moraju imati identičnu strukturu i kemijska svojstva, s jednim jedinim HO, sudarom predmeta, koji se sastoji od materije, s predmetom antimaterije dovodi do uništavanja čestica i antičestica koje su uključene u njihov sastav.
Uništavanje sporih elektrona i pozitrona dovodi do stvaranja gama kvanta, a uništavanje sporih nukleona i antinukleona dovodi do stvaranja nekoliko pi-mezona. Kao posljedica propadanja mezona, stvara se tvrdo gama zračenje s energijom gama kvanta većom od 70 MeV.
Antielektrone (pozitrone) predvidio je P. Dirac, a nakon toga eksperimentalno je otkrio u "showersu" P. Andersona, koji tada uopće nije znao za Diracovo predviđanje. Ovo otkriće dobilo je Nobelovu nagradu za fiziku 1936. Antiproton je otkriven 1955. u Bevatronu u Berkeleyu, koja je također dobila Nobelovu nagradu. 1960. tamo je otkriven antineutron. Puštanjem u pogon akceleratora Serpuhov, naši fizičari također su uspjeli na neki način napredovati - 1969. tamo su otkrivene antihelijske jezgre. Ali atome antimaterije nije bilo moguće dobiti. Da budem iskren, tijekom čitavog postojanja akceleratora, antičestice su primile zanemarljive količine - svi antiprotoni koji se u CERN-u sintetiziraju u godinu dana bit će dovoljni za rad jedne električne žarulje nekoliko sekundi.
Prva poruka o sintezi devet atoma antimaterije - antihidrogena u okviru projekta ATRAP (CERN) pojavila se 1995. godine. Postojajući oko 40 ns, ti su pojedini atomi uginuli, oslobađajući propisanu količinu zračenja (što je zabilježeno). Ciljevi su bili jasni i opravdani su napori, zadaci su definirani, a 1997. u blizini Ženeve, zahvaljujući međunarodnoj financijskoj pomoći, CERN je započeo izgradnju desseleratora (nemojmo to prevesti disonantnim ekvivalentom „inhibitora“), što je omogućilo usporavanje („hlađenja“) antiprotona. deset milijuna puta tijekom instalacije 1995. Ovaj uređaj zvan Antiproton Moderator (AD) počeo je s radom u veljači 2002.
Postavljanje - nakon što antiprotoni napuste prsten za usporavanje - sastoji se od četiri glavna dijela: zamka za hvatanje antiprotona, prstena za spremanje pozitrona, zamke za miješanje i detektora antihidrogena. Antiprotonski tok najprije se usporava mikrovalnim zračenjem, a zatim hladi kao rezultat izmjene topline s fluksom niskoenergetskih elektrona, nakon čega pada u klopku - miješalicu, gdje se nalazi na temperaturi od 15 K. Uređaj za spremanje pozitrona uzastopno usporava, snima i skuplja positrone iz radioaktivnog izvora; otprilike polovina njih pada u zamku za miješanje, gdje se dodatno hladi sinkrotronskim zračenjem. Sve je to potrebno za značajno povećanje vjerojatnosti stvaranja atoma vodika.
U Moderatoru antiprotona započela je oštro nadmetanje dviju skupina znanstvenika, sudionika u ATHENA eksperimentima (39 znanstvenika iz različitih država svijeta) i ATRAP-a.
U Nature 2002, vol. 419, str. 439, ibid., Str. 456), objavljenom 3. listopada 2002, eksperiment ATHENA tvrdio je da su uspjeli dobiti 50.000 atoma antimaterije - antihidrogena. Prisutnost antimaterijskih atoma zabilježena je u vrijeme njihovog uništavanja, o čemu svjedoči sjecište u jednoj točki tragova dva tvrda kvanta nastala tijekom elektronsko-pozitronskog uništavanja i tragova piona koji su posljedica uništenja antiprotona i protona. Dobiven je prvi "portret" antimaterije (fotografija na početku) - računalna slika sintetizirana iz takvih točaka. Budući da su uništeni samo oni atomi koji su "iskliznuli" iz zamke (a onih je pouzdano bilo prebrojano samo 130), deklarisanih 50 000 atoma vodika samo stvaraju nevidljivu pozadinu "portreta".
Promotivni video:
Problem je što je uništavanje antihidrogena zabilježeno na općoj, jačoj pozadini uništenja pozitrona i antiprotona. To je, naravno, izazvalo zdrav skepticizam među kolegama iz susjednog natjecateljskog projekta ATRAP. Oni su zauzvrat, sintetizirajući antihidrogen u istom postrojenju, mogli registrirati atome vodika uz pomoć složenih magnetskih zamki bez ikakvog pozadinskog signala. Atomi vodika formirani u eksperimentu postali su električno neutralni i za razliku od pozitrona i antiprotona mogli su slobodno napustiti područje u kojem su napunjene čestice. Tamo su, bez podrijetla, bili registrirani.
Procjenjuje se da je oko 170 000 atoma vodika formirano u zamku, kao što su istraživači izvijestili u članku objavljenom u časopisu Physical Review Letters.
I to je već uspjeh. Sada bi primljena količina antihidrogena mogla biti dovoljna za proučavanje njegovih svojstava. Na primjer, za atome vodika predlaže se mjerenje frekvencije elektroničkog prijelaza 1s-2s (iz osnovnog u prvo pobuđeno stanje) metodama laserske spektroskopije visoke rezolucije. (Učestalost ovog prijelaza u vodiku poznata je s točnošću od 1,8 · 10–14 - nije nimalo slučajno što se maser vodika smatra standardom frekvencije.) Prema teoriji, oni bi trebali biti isti kao u običnom vodiku. Ako se, primjerice, pokaže da se spektar apsorpcije razlikuje, tada ćete morati prilagoditi temeljne temelje moderne fizike.
Ali interes za antimateriju nikako nije čisto teoretski. Motor protiv antimaterije može raditi, na primjer, na sljedeći način. Prvo, stvorena su dva oblaka od nekoliko trilijuna antiprotona, koji su čuvani od dodirivanja materije pomoću elektromagnetske zamke. Tada se između njih ubrizgava 42-nanogramska čestica goriva. To je kapsula urana-238 koja sadrži mješavinu deuterija i helija-3, odnosno deuterija i tricija.
Antiprotoni se odmah uništavaju uranijumskim jezgrama i uzrokuju ih propadanje u fragmente. Ti fragmenti, zajedno s rezultirajućim gama kvantama, zagrijavaju unutrašnjost kapsule toliko da tamo započinje termonuklearna reakcija. Njegovi proizvodi, koji imaju ogromnu energiju, još više se ubrzavaju magnetskim poljem i bježe kroz mlaznicu motora, pružajući svemirskoj letjelici neviđen potisak.
Što se tiče leta na Mars u jednom mjesecu, američki fizičari preporučuju korištenje druge tehnologije za to - nuklearne fisije katalizirane antiprotonima. Tada će za cijeli let biti potrebno 140 nanograma antiprotona, ne računajući radioaktivno gorivo.
Nova mjerenja provedena u istraživačkom centru Stanford (Kalifornija), gdje je ugrađen linearni akcelerator čestica, omogućili su znanstvenicima napredak u odgovoru na pitanje zašto tvar prevladava nad antimaterijom u svemiru.
Rezultati eksperimenta potvrđuju ranije pretpostavke o razvoju neravnoteže ovih suprotnih entiteta. Međutim, znanstvenici kažu da su provedene studije postavile više pitanja nego odgovora: eksperimenti s akceleratorom ne mogu dati potpuno objašnjenje zašto je toliko svemira u svemiru - milijardi galaksija ispunjenih zvijezdama i planetima.
Znanstvenici koji rade s akceleratorom izmjerili su parametar poznat kao sinus dvaju beta (0,74 plus ili minus 0,07). Ovaj pokazatelj odražava stupanj asimetrije između materije i antimaterije.
Kao rezultat Velikog praska, trebala je nastati ista količina materije i antimaterije, koja se tada uništila i nije ostavila ništa osim energije. Međutim, svemir koji promatramo je neosporni dokaz pobjede materije nad antimaterijom.
Da bi shvatili kako se to može dogoditi, fizičari su pogledali učinak koji se zove kršenje jednakosti naboja. Da bi primijetili ovaj učinak, znanstvenici su proučavali B-mezone i anti-B-mezone, čestice vrlo kratkog životnog vijeka - trilijune sekunde.
Razlike u ponašanju ovih potpuno suprotnih čestica pokazuju razlike između materije i antimaterije i djelomično objašnjavaju zašto jedna prevladava nad drugom. Milioni B-mezona i anti-B-mezona potrebnih za eksperiment nastali su kao rezultat sudara u akceleratoru snopa elektrona i pozitrona. Prvi rezultati, dobijeni davne 2001. godine, jasno pokazuju kršenje jednakosti naboja za B-mesone.
„Ovo je bilo važno otkriće, ali treba prikupiti još mnogo podataka da bi se potvrdila sinus dva beta kao temeljna konstanta kvantne fizike“, rekao je Stewart Smith sa Sveučilišta Princeton. "Novi rezultati objavljeni su nakon tri godine intenzivnog istraživanja i analize 88 milijuna događaja."
Nova mjerenja u skladu su s tzv. "Standardnim modelom", koji opisuje elementarne čestice i njihove interakcije. Potvrđeni stupanj kršenja jednakosti naboja sam po sebi nije dovoljan da objasni neravnotežu materije i antimaterije u svemiru.
"Očito se pored nejednakosti optužbi dogodilo nešto drugo, što je uzrokovalo da se prevladava tvar pretvorila u zvijezde, planete i žive organizme", komentirao je Hassan Jawahery, zaposlenik Sveučilišta u Marylandu. "U budućnosti ćemo možda moći razumjeti ti skriveni procesi i odgovaraju na pitanje što je svemir dovelo u njegovo sadašnje stanje i ovo će biti najuzbudljivije otkriće."
