Predmeti Svemira - galaksije, zvijezde, kvazi, planete, supernove, životinje i ljudi - sačinjeni su od materije. Formiraju ga razne elementarne čestice - kvarkovi, leptoni, bozoni. Ali pokazalo se da postoje čestice u kojima se jedan dio karakteristika potpuno podudara s parametrima "originala", a drugi ima suprotne vrijednosti. Ovo svojstvo potaknulo je znanstvenike da se agregatu takvih čestica da opće ime "antimaterija".
Također je postalo jasno da je proučavanje ove tajanstvene tvari puno teže od registracije. U prirodi se još nisu susrele antičestice u stabilnom stanju. Problem je što se materija i antimaterija uništavaju (međusobno uništavaju) prilikom "kontakta". Sasvim je moguće dobiti antimateriju u laboratorijima, iako ju je prilično teško sadržati. Do sada su to znanstvenici mogli učiniti samo nekoliko minuta.
Prema teoriji, Veliki prasak je trebao proizvesti isti broj čestica i antičestica. Ali ako se materija i antimaterija unište jedni s drugima, onda bi one trebale istodobno prestati postojati. Zašto svemir postoji?
"Prije više od 60 godina, teorija kaže da se sva svojstva antičestica podudaraju sa svojstvima običnih čestica u prostoru koji se ogleda u zrcalu. Međutim, u prvoj polovici 60-ih otkriveno je da u nekim procesima ta simetrija nije zadovoljena. Od tada su stvoreni mnogi teorijski modeli, provedene su desetine eksperimenata kako bi se objasnio ovaj fenomen. Sada su najrazvijenije teorije da je razlika u količini materije i antimaterije povezana s takozvanim kršenjem CP-simetrije (od riječi naboj - "naboj" i parnost - "paritet"). Ali još nitko ne zna pouzdan odgovor na pitanje zašto ima više materije nego antimaterije ", objašnjava Alexey Zhemchugov, izvanredni profesor na katedri za temeljne i primijenjene probleme fizike mikrosvijeta Moskovskog instituta za fiziku i tehnologiju.
Povijest antimaterije započela je jednadžbom gibanja elektrona koji je imao rješenja u kojima je posjedovala negativnu energiju. Budući da znanstvenici nisu mogli zamisliti fizičko značenje negativne energije, oni su "izmislili" elektron s pozitivnim nabojem, nazivajući ga "pozitronom".
Postao je prva eksperimentalno otkrivena antičestica. Instalacija, registrirajući kozmičke zrake, pokazala je da je putanja kretanja nekih čestica u magnetskom polju slična putanji elektrona - samo što se ona odbila u suprotnom smjeru. Tada je otkriven par meson-antimeson, registrirani su antiproton i antineutron, a zatim su znanstvenici mogli sintetizirati antihidrogen i jezgro antihelija.
Trajektori gibanja elektrona i pozitrona u magnetskom polju / Ilustracija RIA Novosti. Alina Polyanina
Što znače svi ti "anti"? Ovaj prefiks obično koristimo za označavanje suprotnog fenomena. Što se tiče antimaterije - ona može uključivati analoge elementarnih čestica koje imaju suprotan naboj, magnetski trenutak i neke druge karakteristike. Naravno, sva svojstva čestice se ne mogu vratiti. Na primjer, masa i životni vijek trebaju uvijek ostati pozitivni, usredotočujući se na njih, čestice se mogu pripisati jednoj kategoriji (na primjer, protoni ili neutroni).
Promotivni video:
Ako usporedimo proton i antiproton, tada su neke njihove karakteristike iste: masa oba je 938,2719 (98) megaelektronvolta, spin ½ (spin se naziva unutarnji ugaoni moment čestice, koji karakterizira njegovu rotaciju, dok je sama čestica u mirovanju). Ali električni naboj protona je 1, a antiproton ima minus 1, barionov broj (određuje broj snažno međusobno povezanih čestica koje se sastoje od tri kvarka) 1 i minus 1.
Proton i antiproton / Ilustracija RIA Novosti. Alina Polyanina
Neke čestice, poput Higgsovog bozona i fotona, nemaju anti-analoge i nazivaju se istinskim neutralnim.
Većina antičestica, zajedno s česticama, pojavljuje se u procesu koji se naziva uparivanje. Za formiranje takvog para potrebna je velika energija, odnosno ogromna brzina. U prirodi, antičestice nastaju kada se kozmičke zrake sudaraju sa Zemljinom atmosferom, unutar masivnih zvijezda, pored pulsara i aktivnih galaktičkih jezgara. Znanstvenici za to koriste sudare-akceleratore.
Ubrzavajući dio Velikog hadronskog sudarača, gdje se čestice ubrzavaju / Foto: CERN
Studija antimaterije ima praktičnu primjenu. Stvar je u tome da uništavanje materije i antimaterije stvara visokoenergetske fotone. Recimo da uzmemo gomilu protona i antiprotona i počnemo ih postupno puštati jedan prema drugom kroz posebnu cijev, doslovno jednu po jednu. Uništenjem jednog kilograma antimaterije oslobađa se ista količina energije kao i sagorijevanje 30 milijuna barela nafte. Stotinu četrdeset nanograma antiprotona bilo bi sasvim dovoljno za let na Mars. Znat je u tome što je potrebno još više energije za stvaranje i zadržavanje antimaterije.
Međutim, antimaterija se već koristi u praksi, u medicini. Pozitronska emisijska tomografija koristi se za dijagnostiku u onkologiji, kardiologiji i neurologiji. Metoda se temelji na isporuci tvari koje propadaju emisijom pozitrona u određeni organ. Na primjer, tvar koja se dobro veže na stanice raka može djelovati kao transport. U traženom području formira se povećana koncentracija radioaktivnih izotopa i posljedično positrona iz njihovog raspada. Pozitroni se odmah uništavaju elektronima. A točku uništenja možemo prilično popraviti registracijom gama kvanta. Dakle, pomoću pozitronsko-emisijske tomografije moguće je na određenom mjestu otkriti povećanu koncentraciju transportne tvari.