Cum să zbori pe Marte într-o lună? Pentru a face acest lucru, trebuie să oferiți navei spațiale un impuls bun. Din păcate, cel mai bun combustibil disponibil pentru om - nuclear oferă un impuls specific de 3000 de secunde, iar zborul se întinde mai multe luni. Nu există ceva mai energic la îndemână? Teoretic există: fuziunea termonucleară; oferă un impuls de sute de mii de secunde, iar utilizarea antimateriei va oferi un impuls de milioane de secunde.
Nucleii antimateriali sunt construiți din antinucleoni, iar învelișul exterior este format din pozitroni. Datorită invarianței interacțiunii puternice în ceea ce privește conjugarea sarcinii (invarianța C), antinucleii au același spectru de masă și energie ca nucleele, constând din nucleonii corespunzători, iar atomii de antimaterie și materie trebuie să aibă o structură și proprietăți chimice identice, cu un singur HO, coliziunea unui obiect, format din materie, cu un obiect de antimaterie duce la anihilarea particulelor și a antiparticulelor incluse în compoziția lor.
Anihilarea electronilor lenti si a pozitronilor duce la formarea quanta gamma, iar anihilarea nucleonilor lenti si antinucleonilor duce la formarea mai multor pi-mesoni. Ca urmare a degradărilor ulterioare ale mezoanelor, se formează radiații gamma dure cu o energie de canta gamma mai mare de 70 MeV.
Antielectronii (pozitronii) au fost previzionați de P. Dirac și după aceea descoperită experimental în „dușuri” de P. Anderson, care nici măcar nu știa despre predicția lui Dirac la acea vreme. Această descoperire a primit premiul Nobel pentru fizică în 1936. Antiproton a fost descoperit în 1955 la Bevatron din Berkeley, care a primit și Premiul Nobel. În 1960, acolo a fost descoperit un antineutron. Odată cu punerea în funcțiune a acceleratorului Serpukhov, fizicienii noștri au reușit, de asemenea, să avanseze în unele moduri - în 1969 au fost descoperite acolo nuclee de antihelium. Dar atomii de antimaterie nu au putut fi obținuți. Și ca să fim sinceri, pe toată durata existenței acceleratoarelor, antiparticulele au primit cantități nesemnificative - toate antiprotonele sintetizate la CERN într-un an vor fi suficiente pentru a acționa un bec timp de câteva secunde.
Primul mesaj despre sinteza a nouă atomi de antimaterie - antihidrogen în cadrul proiectului ATRAP (CERN) a apărut în 1995. Existând aproximativ 40 ns, acești singuri atomi au murit, eliberând cantitatea prescrisă de radiații (care a fost înregistrată). Obiectivele erau clare și justificau eforturile, sarcinile au fost definite, iar în 1997, în apropiere de Geneva, datorită asistenței financiare internaționale, CERN a început construirea unui dezelecator (să nu-l traducem cu echivalentul disonant al „inhibitorului”), ceea ce a făcut posibilă încetinirea („răcirea”) antiprotonilor înapoi de zece milioane de ori peste instalarea din 1995. Acest dispozitiv, numit moderator Antiproton (AD), a intrat în serviciu în februarie 2002.
Instalarea, după ce antiprotonii părăsesc inelul decelerabil, constă din patru părți principale: o capcană pentru prinderea antiprotonelor, un inel de stocare a pozitronilor, o capcană de amestecare și un detector antihidrogen. Fluxul antiproton este mai întâi decelerat prin radiația cu microunde, apoi este răcit ca rezultat al schimbului de căldură cu un flux de electroni cu energie redusă, după care se încadrează într-o capcană - un mixer, unde se află la o temperatură de 15 K. Dispozitivul de stocare a pozitronului încetinește, captează și acumulează pozitroni de la o sursă radioactivă; aproximativ jumătate dintre ei se încadrează într-o capcană de amestecare, unde sunt răciți suplimentar prin radiații de sincrotron. Toate acestea sunt necesare pentru a crește semnificativ probabilitatea formării de atomi antihidrogen.
Pe „moderatorul Antiproton” a început o concurență dură între două grupuri de oameni de știință, participanți la experimentele ATHENA (39 de oameni de știință din diferite țări ale lumii) și ATRAP.
În Nature 2002, vol. 419, p. 439, ibid p. 456) publicat pe 3 octombrie 2002, experimentul ATHENA a afirmat că au reușit să producă 50.000 de atomi de antimaterie - antihidrogen. Prezența atomilor de antimaterie a fost înregistrată la momentul anihilării lor, fapt evidențiat de intersecția într-un punct al urmelor a două quante dure formate în timpul anihilării electron-pozitron și a urmelor de pioni rezultate din anihilarea unui antiproton și a unui proton. A fost obținut primul „portret” al antimateriei (foto la început) - o imagine computerizată sintetizată din astfel de puncte. Deoarece numai acei atomi care au „alunecat” din capcană au fost anihilați (și au fost doar 130 de numărați în mod sigur), 50.000 de atomi antihidrogen declarați creează doar un fundal invizibil al „portretului”.
Video promotional:
Problema este că anihilarea antihidrogenului a fost înregistrată pe un fundal general, mai puternic, de anihilare a pozitronului și antiprotonului. Acest lucru, în mod firesc, a provocat un scepticism sănătos în rândul colegilor din cadrul proiectului concurent ATRAP. La rândul lor, având sintetizând antihidrogen în aceeași instalație, au fost capabili să înregistreze atomi antihidrogen cu ajutorul unor capcane magnetice complexe fără niciun semnal de fundal. Atomii antihidrogeni formați în experiment au devenit neutri din punct de vedere electric și, spre deosebire de pozitroni și antiprotoni, ar putea părăsi liber regiunea în care particulele încărcate au fost limitate. Au fost înregistrate acolo, fără fond, că au fost înregistrate.
Se estimează că aproximativ 170.000 de atomi antihidrogeni s-au format în capcană, după cum au raportat cercetătorii într-un articol publicat în Physical Review Letters.
Și acest lucru este deja un succes. Acum cantitatea de antihidrogen primită poate fi suficientă pentru a studia proprietățile sale. Pentru atomii antihidrogeni, de exemplu, se presupune că se măsoară frecvența tranziției electronice 1s-2s (de la starea de la sol la prima stare excitată) prin metode de spectroscopie laser de înaltă rezoluție. (Frecvența acestei tranziții în hidrogen este cunoscută cu o precizie de 1,8 · 10-14 - nu este degeaba că maserul de hidrogen este considerat un standard de frecvență.) Conform teoriei, acestea ar trebui să fie la fel ca în hidrogenul obișnuit. Dacă, de exemplu, spectrul de absorbție se dovedește a fi diferit, atunci va trebui să efectuați ajustări la fundamentele fundamentale ale fizicii moderne.
Dar interesul pentru antimaterie - antimateria nu este în niciun caz pur teoretic. Un motor antimaterie poate funcționa, de exemplu, după cum urmează. În primul rând, se creează doi nori din mai multe trilioane de antiprotone, care sunt ferite de atingerea materiei printr-o capcană electromagnetică. Apoi, o particulă de combustibil de 42 nanograme este injectată între ele. Este o capsulă de uraniu-238 care conține un amestec de deuteriu și heliu-3 sau deuteriu și tritiu.
Antiprotonii se anihilează instantaneu cu nucleii de uraniu și îi determină să se descompună în fragmente. Aceste fragmente, împreună cu quanta gamma rezultată, încălzesc interiorul capsulei atât de mult încât începe o reacție termonucleară. Produsele sale, care au o energie uriașă, sunt accelerate și mai mult de câmpul magnetic și scăpate prin duza motorului, oferind navei spațiale neauzite.
În ceea ce privește zborul către Marte într-o lună, fizicienii americani recomandă utilizarea unei alte tehnologii pentru aceasta - fisiunea nucleară catalizată de antiprotone. Apoi, întregul zbor va necesita 140 nanograme de antiprotone, fără a lua în calcul combustibilul radioactiv.
Noile măsurători efectuate la Stanford Research Center (California), unde este instalat un accelerator liniar de particule, au permis oamenilor de știință să progreseze în a răspunde la întrebarea de ce materia prevalează asupra antimateriei din univers.
Rezultatele experimentului confirmă presupunerile anterioare despre dezvoltarea unui dezechilibru al acestor entități opuse. Cu toate acestea, oamenii de știință spun că studiile efectuate au pus mai multe întrebări decât răspunsuri: experimentele cu un accelerator nu pot oferi o explicație completă de ce există atâta materie în spațiu - miliarde de galaxii pline de stele și planete.
Oamenii de știință care lucrează cu acceleratorul au măsurat un parametru cunoscut sub numele de sinusul a două beta (0,74 plus sau minus 0,07). Acest indicator reflectă gradul de asimetrie dintre materie și antimaterie.
Ca urmare a Big Bang-ului, ar fi trebuit să se formeze aceeași cantitate de materie și antimaterie, care apoi s-a anihilat și nu a lăsat altceva decât energie. Totuși, universul pe care îl observăm este o dovadă incontestabilă a victoriei materiei asupra antimateriei.
Pentru a înțelege cum s-ar putea întâmpla acest lucru, fizicienii au privit un efect numit încălcare a egalității de taxe. Pentru a observa acest efect, oamenii de știință au studiat B-mesonii și anti-B-mesonii, particule cu o durată de viață foarte scurtă - trilioane de secundă.
Diferențele în comportamentul acestor particule absolut opuse arată diferențele dintre materie și antimaterie și explică parțial de ce una prevalează asupra celeilalte. Milioanele B-mezoane și anti-B-meson necesare pentru experiment au fost formate ca urmare a coliziunilor în acceleratorul fasciculelor de electroni și pozitroni. Primele rezultate, obținute în 2001, arată clar o încălcare a egalității taxelor pentru mesonii B.
„Aceasta a fost o descoperire importantă, dar încă trebuie colectate o mulțime de date pentru a valida sinusul a două beta ca o constantă fundamentală în fizica cuantică”, a spus Stewart Smith de la Universitatea Princeton. "Noile rezultate au fost anunțate după trei ani de cercetare intensivă și analiză a 88 de milioane de evenimente."
Noile măsurători sunt în concordanță cu așa-numitul „model standard”, care descrie particulele elementare și interacțiunile lor. Gradul confirmat de încălcare a egalității taxelor de la sine nu este suficient pentru a explica dezechilibrul materiei și antimateriei din univers.
"Aparent, pe lângă inegalitatea taxelor, s-a întâmplat altceva, ceea ce a determinat predominanța materiei transformată în stele, planete și organisme vii", a comentat Hassan Jawahery, un membru al personalului Universității Maryland. "În viitor, vom putea înțelege aceste procese ascunse și răspund la întrebarea ce a adus universul în starea sa actuală și aceasta va fi cea mai interesantă descoperire ".
