Antimateria a fost mult timp subiectul științei de ficțiune. În cartea și filmul, Îngeri și demoni, profesorul Langdon încearcă să salveze Vaticanul de la o bombă antimaterie. Nava spațială Star Trek Enterprise folosește un motor antimaterie anihilantă pentru a călători mai repede decât viteza luminii. Dar antimateria este și un obiect al realității noastre. Particulele de antimaterie sunt practic identice cu partenerii lor materiali, cu excepția faptului că au încărcătură și rotire opuse. Când antimateria întâlnește materia, ele se anihilează instantaneu în energie și aceasta nu mai este ficțiune.
Deși bombele antimaterie și navele bazate pe același combustibil nu sunt încă posibile în practică, există multe date despre antimaterie care vă vor surprinde sau vă vor permite să vă reîmprospătați memoria despre ceea ce știați deja.
1. Antimateria trebuia să distrugă toată materia din univers după Big Bang
Conform teoriei, Big Bang a dat naștere materiei și antimateriei în cantități egale. Când se întâlnesc, există anihilare reciprocă, anihilare și rămâne doar energie pură. Pe baza acestui lucru, nu ar trebui să existăm.
Dar noi existăm. Și din câte știu fizicienii, acest lucru se datorează faptului că pentru fiecare miliard de perechi de materie-antimaterie, exista o singură particulă de materie. Fizicienii încearcă tot posibilul să explice această asimetrie.
Video promotional:
2. Antimateria este mai aproape de tine decât crezi
Cantități mici de antimaterie plouă constant pe Pământ sub formă de raze cosmice, particule de energie din spațiu. Aceste particule de antimaterie ajung la atmosfera noastră la niveluri cuprinse între unu și peste o sută pe metru pătrat. Oamenii de știință au de asemenea dovezi că antimateria este generată în timpul furtunii.
Există și alte surse de antimaterie care sunt mai aproape de noi. Bananele, de exemplu, produc antimaterie prin emiterea unui pozitron - echivalentul antimateriei unui electron - aproximativ o dată la 75 de minute. Acest lucru se datorează faptului că bananele conțin cantități mici de potasiu-40, un izotop natural de potasiu. Când potasiu-40 se descompune, uneori se naște un pozitron.
Corpurile noastre conțin și potasiu-40, ceea ce înseamnă că emiteți și pozitroni. Antimateria anihilează instantaneu la contactul cu materia, astfel încât aceste particule de antimaterie nu durează foarte mult.
3. Oamenii au reușit să creeze foarte puțin antimaterie
Anihilarea antimateriei și a materiei are potențialul de a elibera cantități imense de energie. Un gram de antimaterie poate produce o explozie de dimensiunea unei bombe nucleare. Cu toate acestea, oamenii nu au produs prea multă antimaterie, așa că nu este nimic de teamă.
Toate antiprotonele create la acceleratorul de particule Tevatron la Laboratoarele Fermi abia vor cântări 15 nanograme. CERN a produs până în prezent doar aproximativ 1 nanogramă. La DESY în Germania - nu mai mult de 2 nanograme de pozitroni.
Dacă toată antimateria creată de oameni anihilează instantaneu, energia sa nici măcar nu va fi suficientă pentru a fierbe o ceașcă de ceai.
Problema constă în eficiența și costul producerii și stocării antimateriei. Crearea a 1 gram de antimaterie necesită aproximativ 25 de milioane de miliarde de kilowati-ore de energie și costă peste un milion de miliarde de dolari. În mod surprinzător, antimateria este uneori listată ca una dintre cele zece substanțe mai scumpe din lumea noastră.
4. Există un astfel de lucru ca o capcană antimaterie
Pentru a studia antimateria, trebuie să o împiedicați să se anihileze cu materia. Oamenii de știință au găsit mai multe modalități de a face acest lucru.
Particulele de antimaterie încărcate precum pozitronii și antiprotonii pot fi depozitate în așa-numitele capcane Penning. Sunt ca niște acceleratoare de particule minuscule. În interiorul lor, particulele se mișcă într-o spirală în timp ce câmpurile magnetice și electrice le împiedică să se ciocnească cu pereții capcanei.
Cu toate acestea, capcanele Penning nu funcționează pentru particule neutre precum antihidrogenul. Deoarece nu au nicio sarcină, aceste particule nu pot fi limitate la câmpuri electrice. Sunt prinși în capcanele lui Ioffe, care funcționează prin crearea unei zone de spațiu în care câmpul magnetic devine mai mare în toate direcțiile. Particulele de antimaterie se blochează în zona cu cel mai slab câmp magnetic.
Câmpul magnetic al Pământului poate acționa ca capcane pentru antimaterie. Antiprotonii au fost găsiți în anumite zone din jurul Pământului - centurile de radiații Van Allen.
5. Antimateria poate cădea (în sensul literal al cuvântului)
Particulele de materie și antimateria au aceeași masă, dar diferă în proprietăți precum sarcina electrică și rotirea. Modelul standard prezice că gravitația ar trebui să acționeze în mod egal față de materie și antimaterie, dar acest lucru rămâne de văzut sigur. Experimente precum AEGIS, ALPHA și GBAR lucrează la acest aspect.
Observarea efectului gravitațional pe exemplul de antimaterie nu este la fel de ușoară ca să privești un măr care cade dintr-un copac. Aceste experimente necesită capturarea antimateriei sau încetinirea acesteia prin răcire la temperaturi chiar peste zero absolut. Și din moment ce gravitația este cea mai slabă dintre forțele fundamentale, fizicienii trebuie să folosească particule neutre de antimaterie în aceste experimente pentru a preveni interacțiunea cu forța mai puternică a electricității.
6. Antimateria este studiată la moderatorii de particule
Ai auzit de acceleratoare de particule și ai auzit de încetinitorul de particule? La CERN, există o mașină numită Antiproton Decelerator, în care antiprotonele sunt capturate și încetinite pentru a studia proprietățile și comportamentul lor.
În acceleratoarele de particule cu inel, cum ar fi colectorul de Hadron Mare, particulele primesc un impuls energetic de fiecare dată când completează un cerc. Retardatorii funcționează în sens invers: în loc să accelereze particulele, acestea sunt împinse în direcția opusă.
7. Neutrinii pot fi propriile lor antiparticule
O particulă de materie și partenerul său antimaterial poartă sarcini opuse, ceea ce face ușor să se distingă între ele. Neutrinii, particule aproape fără masă, care interacționează rar cu materia, nu au nicio încărcare. Oamenii de știință cred că pot fi particule Majorana, o clasă ipotetică de particule care sunt propriile lor antiparticule.
Proiecte precum Demonstratorul Majorana și EXO-200 urmăresc să stabilească dacă neutrinii sunt într-adevăr particule Majorana prin observarea comportamentului a ceea ce este cunoscut sub denumirea de dublă beta de neutrinolă.
Unele nuclee radioactive se descompun simultan, emitând doi electroni și doi neutrini. Dacă neutrinii ar fi propriile lor antiparticule, s-ar anihila după dubla degradare, iar oamenii de știință ar trebui să observe doar electroni.
Căutarea neutrinilor Majorana poate ajuta la explicarea motivului pentru care există asimetria materie-antimaterie. Fizicienii sugerează că neutrinii Majorana pot fi grei sau ușori. Plămânii există în vremea noastră, iar cei grei au existat imediat după Big Bang. Nevrinii Majorana grei s-au descompus asimetric, ceea ce a dus la apariția unei cantități minime de materie care a umplut universul nostru.
8. Antimateria este utilizată în medicină
PET, PET (topografia emisiilor de pozitroni) utilizează pozitroni pentru a produce imagini de corp cu rezoluție înaltă. Izotopii radioactivi cu emisie de pozitroni (precum cei pe care i-am găsit în banane) se atașează de substanțe chimice precum glucoza din organism. Acestea sunt injectate în fluxul sanguin unde se descompun în mod natural, emitând pozitroni. Acestea, la rândul lor, se întâlnesc cu electronii corpului și anihilează. Annihilarea produce raze gamma care sunt utilizate pentru a construi o imagine.
Oamenii de știință din cadrul proiectului ACE de la CERN studiază antimateria ca potențial candidat pentru tratamentul cancerului. Medicii și-au dat deja seama că pot direcționa fascicule de particule la tumori, emițându-și energia numai după ce trec în siguranță prin țesutul sănătos. Folosirea antiprotonelor va adăuga un plus de energie. S-a demonstrat că această tehnică este eficientă în tratarea hamsterilor, dar nu a fost încă testată la om.
9. Antimateria poate fi pândită în spațiu
Unul dintre modurile în care oamenii de știință încearcă să rezolve problema asimetriei antimateriei materiei este căutând antimaterie rămasă din Big Bang.
Spectrometru Alpha Magnetic (AMS) este un detector de particule situat pe Stația Spațială Internațională și caută astfel de particule. AMS conține câmpuri magnetice care îndoaie calea particulelor cosmice și se separă materia de antimaterie. Detectoarele sale trebuie să detecteze și să identifice astfel de particule pe măsură ce trec.
Coliziunile cu raze cosmice produc de obicei pozitroni și antiprotone, dar șansele de a crea un atom de antihelii rămân extrem de mici din cauza cantității enorme de energie necesară acestui proces. Aceasta înseamnă că observarea a cel puțin unui nucleu de antihelium ar fi o dovadă puternică a existenței unor cantități gigantice de antimaterie în altă parte a universului.
10. Oamenii învață de fapt să echipeze combustibilul antimaterie pentru nave spațiale, Foarte puțină antimaterie poate genera cantități masive de energie, ceea ce îl face un combustibil popular pentru navele futuristice de science-fiction.
Propulsia rachetei antimaterie este posibilă ipotetic; principala limitare este colectarea suficientă antimaterie pentru a face acest lucru.
Nu există încă tehnologii pentru producția în masă sau colectarea de antimaterie în cantitățile necesare pentru o astfel de aplicație. Cu toate acestea, oamenii de știință lucrează la imitarea unei astfel de mișcări și depozitarea acestei antimaterii. Într-o zi, dacă putem găsi o modalitate de a produce cantități mari de antimaterie, cercetarea lor ar putea ajuta călătoria interstelară să devină realitate.
Pe baza materialelor de la symmetrymagazine.org
ILYA KHEL
