10 фактов об антиматерии, которых вы могли не знать

1 Мая 2015 в 17:00, Илья Хель 83 212 просмотра 29

Антиматерия

Антиматерия давно была предметом научной фантастики. В книге и фильме «Ангелы и демоны» профессор Лэнгдон пытается спасти Ватикан от бомбы из антиматерии. Космический корабль «Энтерпрайз» из «Звездного пути» использует двигатель на основе аннигилирующей антиматерии для путешествий быстрее скорости света. Но антиматерия также предмет нашей с вами реальности. Частицы антиматерии практически идентичны своим материальным партнерам, за исключением того, что переносят противоположный заряд и спин. Когда антиматерия встречает материю, они мгновенно аннигилируют в энергию, и это уже не вымысел.

Хотя бомбы из антиматерии и корабли на основе этого же топлива пока не представляются возможными на практике, есть много фактов об антиматерии, которые вас удивят или позволят освежить в памяти то, что вы уже знали.

1. Антиматерия должна была уничтожить всю материю во Вселенной после Большого Взрыва

Антиматерия

Согласно теории, Большой Взрыв породил материю и антиматерию в равных количествах. Когда они встречаются, происходит взаимное уничтожение, аннигиляция, и остается только чистая энергия. Исходя из этого, мы не должны существовать.

Но мы существуем. И насколько знают физики, это потому, что на каждый миллиард пар материи-антиматерии была одна лишняя частица материи. Физики всеми силами пытаются объяснить эту асимметрию.

2. Антиматерия ближе к вам, чем вы думаете

Антиматерия

Небольшие количества антиматерии постоянно проливаются дождем на Землю в виде космических лучей, энергетических частиц из космоса. Эти частицы антивещества достигают нашей атмосферы с уровнем от одной до более сотни на квадратный метр. Ученые также располагают свидительствами того, что антивещество рождается во время грозы.

Есть и другие источники антивещества, которые находятся ближе к нам. Бананы, например, вырабатывают антивещество, испуская один позитрон — антивещественный экивалент электрона — примерно раз в 75 минут. Это происходит потому, что бананы содержат небольшое количество калия-40, встречающегося в природе изотопа калия. При распаде калия-40 иногда рождается позитрон.

Наши тела тоже содержат калий-40, а значит, и вы излучаете позитроны. Антиматерия аннигилирует мгновенно при контакте с материей, поэтому эти частицы антивещества живут не очень долго.

3. Людям удалось создать совсем немного антиматерии

Антиматерия

Аннигиляция антиматерии и материи обладает потенциалом высвобождения огромного количества энергии. Грамм антиматерии может произвести взрыв размером с ядерную бомбу. Впрочем, люди произвели не так много антиматерии, поэтому бояться нечего.

Все антипротоны, созданные на ускорителе частиц Тэватроне в Лаборатории Ферми, едва ли наберут 15 нанограммов. В CERN на сегодняшний день произвели только порядка 1 нанограмма. В DESY в Германии — не больше 2 нанограммов позитронов.

Если вся антиматерия, созданная людьми, аннигилирует мгновенно, ее энергии не хватит даже на то, чтобы вскипятить чашку чая.

Проблема заключается в эффективности и стоимости производства и хранения антивещества. Создание 1 грамма антиматерии требует порядка 25 миллионов миллиардов киловатт-часов энергии и стоит выше миллиона миллиарда долларов. Неудивительно, что антивещество иногда включают в список десяти самых дорогих веществ в нашем мире.

4. Существует такая вещь, как ловушка для антиматерии

Антиматерия

Для изучения антиматерии вам нужно предотвратить ее аннигиляцию с материей. Ученые нашли несколько способов это осуществить.

Заряженные частицы антивещества, вроде позитронов и антипротонов, можно хранить в так называемых ловушках Пеннинга. Они похожи на крошечные ускорители частиц. Внутри них частицы движутся по спирали, пока магнитные и электрические поля удерживают их от столкновения со стенками ловушки.

Однако ловушки Пеннинга не работают для нейтральных частиц вроде антиводорода. Поскольку у них нет заряда, эти частицы нельзя ограничить электрическими полями. Они удерживаются в ловушках Иоффе, которые работают, создавая область пространства, где магнитное поле становится больше во всех направлениях. Частицы антивещества застревают в области с самым слабым магнитным полем.

Магнитное поле Земли может выступать в качестве ловушек антивещества. Антипротоны находили в определенных зонах вокруг Земли — радиационных поясах Ван Аллена.

5. Антиматерия может падать (в прямом смысле слова)

Антиматерии

Частицы материи и антиматерии обладают одной массой, но различаются в свойствах вроде электрического заряда и спина. Стандартная модель предсказывает, что гравитация должна одинаково воздействовать на материю и антиматерию, однако это еще предстоит выяснить наверняка. Эксперименты вроде AEGIS, ALPHA и GBAR работают над этим.

Наблюдать за гравитационным эффектом на примере антиматерии не так просто, как смотреть на падающее с дерева яблоко. Эти эксперименты требуют удержания антиматерии в ловушке или замедления ее путем охлаждения до температур чуть выше абсолютного нуля. И поскольку гравитация — самая слабая из фундаментальных сил, физики должны использовать нейтральные частицы антиматерии в этих экспериментах, чтобы предотвратить взаимодействие с более мощной силой электричества.

6. Антиматерия изучается в замедлителях частиц

Антиматерия

Вы слышали об ускорителях частиц, а о замедлителях частиц слышали? В CERN находится машина под названием Antiproton Decelerator, в кольце которого улавливаются и замедляются антипротоны для изучения их свойств и поведения.

В кольцевых ускорителях частиц вроде Большого адронного коллайдера частицы получают энергетический толчок каждый раз, когда завершают круг. Замедлители работают противоположным образом: вместо того чтобы разгонять частицы, их толкают в обратную сторону.

7. Нейтрино могут быть своими собственными античастицами

Антиматерия

Частица материи и ее антиматериальный партнер переносят противоположные заряды, что позволяет легко их различить. Нейтрино, почти безмассовые частицы, которые редко взаимодействуют с материей, не имеют заряда. Ученые считают, что они могут быть майорановскими частицами, гипотетическим классом частиц, которые являются своими собственными античастицами.

Проекты вроде Majorana Demonstrator и EXO-200 направлены на определение того, действительно ли нейтрино являются майорановскими частицами, наблюдая за поведением так называемого безнейтринного двойного бета-распада.

Некоторые радиоактивные ядра распадаются одновременно, испуская два электрона и два нейтрино. Если нейтрино были бы собственными античастицами, они бы аннигилировали после двойного распада, и ученым осталось бы наблюдать только электроны.

Поиск майорановских нейтрино может помочь объяснить, почем существует асимметрия материи-антиматерии. Физики предполагают, что майорановские нейтрино могут быть либо тяжелыми, либо легкими. Легкие существуют в наше время, а тяжелые существовали сразу после Большого Взрыва. Тяжелые майорановские нейтрино распались асимметрично, что привело к появлению крошечного количества вещества, которым наполнилась наша Вселенная.

8. Антиматерия используется в медицине

Антиматерия

PET, ПЭТ (позитронно-эмиссионная топография) использует позитроны для получения изображений тела в высоком разрешении. Излучающие позитроны радиоактивные изотопы (вроде тех, что мы нашли в бананах) крепятся к химическим веществам вроде глюкозы, которая присутствует в теле. Они вводятся в кровоток, где распадаются естественным путем, испуская позитроны. Те, в свою очередь, встречаются с электронами тела и аннигилируют. Аннигиляция производит гамма-лучи, которые используются для построения изображения.

Ученые проекта ACE при CERN изучают антиматерию как потенциального кандидата для лечения рака. Врачи уже выяснили, что могут направлять на опухоли лучи частиц, испускающие свою энергию только после того, как безопасно пройдут через здоровую ткань. Использование антипротонов добавит дополнительный взрыв энергии. Эта техника была признана эффективной для лечения хомяков, только вот на людях пока не испытывалась.

9. Антиматерия может скрываться в космосе

Антиматерия

Один из путей, которым ученые пытаются разрешить проблему асимметрии материи-антиматерии, является поиск антиматерии, оставшейся после Большого Взрыва.

Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) — это детектор частиц, который располагается на Международной космической станции и ищет такие частицы. AMS содержит магнитные поля, которые искривляют путь космических частиц и отделяют материю от антиматерии. Его детекторы должны обнаруживать и идентифицировать такие частицы по мере прохождения.

Столкновения космических лучей обычно производят позитроны и антипротоны, но вероятность создания атома антигелия остается чрезвычайно малой из-за гигантского количества энергии, которое требуется для этого процесса. Это означает, что наблюдение хотя бы одного ядрышка антигелия будет мощным доказательством существования гигантского количества антиматерии где-либо еще во Вселенной.

10. Люди на самом деле изучают, как оснастить космический аппарат топливом на антивеществе

Антиматерия

Совсем немного антиматерии может произвести огромное количество энергии, что делает ее популярным топливом для футуристических кораблей в научной фантастике.

Движение ракеты на антивеществе гипотетически возможно; основным ограничением является сбор достаточного количества антивещества, чтобы это могло осуществиться.

Пока не существует технологий для массового производства или сбора антивещества в объемах, необходимых для такого применения. Однако ученые ведут работы над имитацией такого движения и хранения этого самого антивещества. Однажды, если мы найдем способ произвести большое количество антивещества, их исследования могут помочь межзвездным путешествиям воплотиться в реальности.

По материалам symmetrymagazine.org

10 фактов об антиматерии, которых вы могли не знать

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

29 комментариев

  1. grig_a

    Хмм а картинки то- дезигн!! :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. Semen_Semen

    Вроде серьезная статья, но миллионы миллиардов или лечение рака у хомяков как-то смущают...
    Ну и сама постановка вопроса - мы тут немножечно, совсем крохотную (очень научный термин!) часть вещества не аннигилируем и вот она Вселенная. А недостающую антиматерию найдем...половину...потом... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Einshy

      Ну, что вы о хомяках то сразу, неплохой пример, учитывая что они тоже организм не последнего класса по сложности на нашей планете. А об парадоксе остатка одной частицы вещества после большого взрыва неплохой дан пример объяснения в 7-ом пункте.

  3. sergey modulyator

    всё во вселенной стремится к равновесию.поэтому нельзя говорить о антиматерии неупоминая материю.человек видит сны пользуясь антиматерией, а проснувшись материей.зачастую и скорость местоположения меняется быстрей скорости света.значит сон это полёт во времени.контролировать его можно,только нужно захотеть этого .зачастую видя сон человек старается его продлить подсознательно,бывает получается бывает нет.но многие факторы задерживают нас и заставляют проснутся.вещие сны нам приносит как-раз антиматерия.тоесть теряя своё тело мы переходим в другое состояние ,состояние выбора ,быть или не быть.неломайте голову,главное ложась спать дайте себе мысленную устоновку чего вы хотите июудет у вас материя и антиматерия.

  4. SuperStarSieve

    Картинки классные ^_^

    • Einshy

      Да, я до конца из-за картинок дочитал, признаться. :в

    • Mobius

      Это не удивительно, статья то зарубежная изначально.

      • Einshy

        Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova - Это не автор зарубежной статьи рисовал, а студия с некоей Анной Ковой. Эта Кова видимо и рисовала, я полагаю, ведь если загуглить, то там она предстаёт как дизайнер, работающий с графикой.

  5. Mobius

    По материалам symmetrymagazine.org

    Опять копипаста, причем без разрешения оригинального автора и без ссылки на саму статью. Браво.

  6. tarkit

    По мне так не правильно писать "ФАКТОВ" - на деле мы воообще ни чего не знаем об антиматерии, само ее существование до сих пор остается теоритической частью мало изученной области космологии / физики.
    Не факт что она вообще существует и что вся эта теория ее существования не была построена просто из принципа психологического дуализма человека.

  7. Astronom Sirius

    думаю анти материя за пределами нашей вселенной и она не смешивается с обычной материей и отталкивают друг друга)

  8. ivanovich-6056@mail.ru

    Уважаемые! --- Убедительно прошу опубликовать ниже следующею информацию --- у Вас и везде, где только можно в интернете в математические разделы или в общие на ваше усмотрение.

    APPEAL TO WORLD
    PUBLIC !!!
    WARNING !!!ALL,
    Dear you cann't do nothing, nothing to help, that does not change, and did not respond to my request --- necessarily go to my website
    http://2357111317.jimdo.com/

    ---- But, then, as firmly proved there --- EARTH, all of humanity including YOU --- perish and destroy them all --- until 2039. !!! --- FULL cooling core and decay of the magnetosphere. ---

    ---IF, do not fix it in textbooks, and thus in the nature on EARTH --- false picture NUMBERS !!!

    ALL are detailed described and found on this website.
    I warn you that I have the copyright svidetelsto on these discoveries.

    --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    ОБРАЩЕНИЕ К МИРОВОЙ
    ОБЩЕСТВЕННОСТИ !!!
    ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ВСЕМ !!!
    Уважаемые, Вы можите ничего не делать, ничем не помогать, ни чего не менять и никак не реагировать на мою просьбу --- в обязательном порядке зайти на мой сайт http://2357111317.jimdo.com/

    ---- Но, тогда, как твёрдо доказал там --- ЗЕМЛЯ, всё ЧЕЛОВЕЧЕСТВО в том числе и ВЫ --- ПОГИБНИТЕ И ВСЕХ ПОГУБИТЕ --- ДО 2039 ГОДА!!! --- ОТ ПОЛНОГО ОСТЫВАНИЯ ЯДРА ЗЕМЛИ И РАСПАДА МАГНИТОСФЕРЫ. ---

    --- ЕСЛИ, НЕ ИСПРАВИТЕ В УЧЕБНИКАХ, А ЗНАЧИТ И В ПРИРОДЕ НА ЗЕМЛЕ --- ЛОЖНУЮ КАРТИНУ ЧИСЕЛ !!!

    ВСЁ ПОДРОБНО УКАЗАНО, ОПИСАНО И НАЙДЁТЕ НА ЭТОМ САЙТЕ. ----
    http://2357111317.jimdo.com/

    Предупреждаю, что имею авторское свидетельсто на эти открытия.

  9. AleksandrDudin

    Атомы всех элементов считаются нейтральными. Чем отличается атом водорода от атома антиводорода? Официально наука считает, что атом водорода состоит из ядра и орбители. Ядро состоит из протона, орбитель состоит из электрона. Атом антиводорода состоит из ядра и орбители. Ядро состоит из антипротона, орбитель состоит из позитрона. Протон положительно заряженная частица, антипротон отрицательно заряженная частица. Протон состоит из 918 фотонов, позитрона, нейтрино, антипротон состоит из 918 фотонов, электрона антинейтрино. Фотон состоит из электрона, антинейтрино, позитрона, нейтрино. Или, другими словами, протон состоит из 918 не расщеплённых фотонов и одного расщеплённого, антипротон состоит из 918 не расщеплённых фотонов и одного расщеплённого. В чём же заключается асимметрия?

  10. AleksandrDudin

    Ещё интересней получается с нейтроном и антинейтроном? Да, пусть хоть один из физиков назовёт их отличие. Нейтрон состоит из 919 фотонов, антинейтрон состоит из 919 фотонов. Не менее загадочно получается при столкновении протонов и антипротонов, получаются одни и те же частицы. А насколько загадочно совместное существование кварков и антикварков? Можно сколь угодно сталкивать протоны с протонами или антипротоны с антипротонами, или протоны с антипротонами, а результат будет тот же самый. Надо обратить внимание на то, что в каналах тяжёлых частиц появляются протоны и нейтроны, мюоны, фотоны, электроны, антинейтрино, позитроны, нейтрино, те частицы, из которых они и состоят.

  11. AleksandrDudin

    А что такое аннигилировать, это вовсе не значит, что частица и античастица уничтожат друг друга и не чего не останется. При аннигиляции рождаются другие частицы. Антивещество, это не удачное название. Чем отличается частица от античастицы: знаком заряда и направлением вращения спина. И какое же это антивещество, если его можно получить из этих частиц? В водороде на орбите электрон, в антиводороде на орбите позитрон. Атом водорода, соединяясь с атомом антиводорода, посредствам фотонной связи, образует молекулу обыкновенного водорода.

  12. AleksandrDudin

    Для аннигиляции электрона и позитрона их надо столкнуть, обращаю внимание, столкнуть, то есть сообщить кинетическую энергию этим частицам. А зачем она нужна? В результате аннигиляции электрона с позитронам рождаются два фотона, уточним, два расщеплённых фотона, один состоит из электрона с антинейтрино, другой из позитрона с нейтрино. Откуда взялись нейтрино и антинейтрино, они всегда присутствуют с позитроном и электроном. В результате столкновения электрона и позитрона, они не разрушились, выровнялась их энергия и в результате соприкосновения противоположных спинов они приобрели каждый скорость равную скорости света, то есть получили два расщеплённых фотона. Где электрон через половину периода переходит в позитрон, а позитрон переходит в электрон.

  13. AleksandrDudin

    Нейтрино, является собственной античастицей, также, как антинейтрино является собственной античастицей. Электрон и позитрон являются собственными античастицами. Нейтрино, антинейтрино , электрон, позитрон обладают магнитным монополем. Между частицами существуют только взаимодействия магнитных монополий.

  14. jnet

    Спасибо за статью. По теме "где находиться антивселенная".
    Поисковик выдал ссылку на статью "ОБ ОСВОЕНИИ ГАЛАКТИКИ". http://samlib.ru/editors/l/lemeshko_a_w/anti.shtml
    Очень рекомендую.

  15. Taras-proger

    "7. Нейтрино могут быть своими собственными античастицами" А как же сохранение лептонного заряда?

  16. Taras-proger

    Про тормоз частиц не знал. Со своими античастицами совпадают фотоны, для нейтрино же это означало бы нарушение одного из законов сохранения, так как именно из-за сохранения лептонного заряда из нейтрона не может вылететь только электрон. Ну и прикиньте: распались два нейтрона, от них остались два электрона, два протона и два электронных антинейтрино, а потом оба антинейтрино аннигилировали не с чем то другим, а друг с другом, остались протоны, электроны и фотоны. Но фотоны - НЕ лептоны. Лептонов стало на два больше, симметрия вещества и антивещества нарушена. Одно дело объяснить, куда антивещество делось при большом взрыве, вещество и антивещество могут быть собраны в разные галактики, или в разные скопления галактик. Или наша вселенная могла возникнуть в паре с другой вселенной с противоположным балансом. И совсем другое дело два новых ничем не уравновешенных лептона, возникших в замкнутой вселенной.

  17. Taras-proger

    Но как можно умудриться не знать про какой либо из оставшихся?

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.