Obiectele Universului - galaxii, stele, quasari, planete, supernove, animale și oameni - sunt compuse din materie. Este format din diverse particule elementare - quark, leptoni, bosoni. Dar s-a dovedit că există particule în care o parte din caracteristici coincide complet cu parametrii „originali”, iar cealaltă are valori opuse. Această proprietate i-a determinat pe oamenii de știință să dea agregatului de astfel de particule denumirea generală "antimaterie".
De asemenea, a devenit clar că studiul acestei substanțe misterioase este mult mai dificil decât înregistrarea. Antiparticule în stare stabilă nu au fost încă întâlnite în natură. Problema este că materia și antimateria se anihilează (se anihilează reciproc) la „contact”. Este foarte posibil să se obțină antimaterie în laboratoare, deși este destul de dificil de conținut. Până acum, oamenii de știință au reușit să facă acest lucru doar câteva minute.
Conform teoriei, Big Bang-ul ar fi trebuit să producă același număr de particule și antiparticule. Dar dacă materia și antimateria se anihilează între ele, atunci ar fi trebuit să înceteze să existe în același timp. De ce există universul?
„Cu mai mult de 60 de ani în urmă, teoria spunea că toate proprietățile antiparticulelor coincid cu proprietățile particulelor obișnuite în spațiul reflectat în oglindă. Cu toate acestea, în prima jumătate a anilor '60 s-a descoperit că în unele procese această simetrie nu este satisfăcută. De atunci au fost create multe modele teoretice, s-au efectuat zeci de experimente pentru a explica acest fenomen. Acum, teoriile cele mai dezvoltate sunt că diferența dintre cantitatea de materie și antimaterie este asociată cu așa-numita încălcare a simetriei CP (din cuvintele taxă - „taxare” și paritate - „paritate”). Dar nimeni nu știe încă un răspuns fiabil la întrebarea de ce există mai multă materie decât antimaterie”, explică Alexey Zhemchugov, profesor asociat al Departamentului de probleme fundamentale și aplicate de fizică din Microworld al Institutului de fizică și tehnologie din Moscova.
Istoria antimateriei a început cu ecuația mișcării pentru electron, care avea soluții în care posedă energie negativă. Deoarece oamenii de știință nu și-au putut imagina sensul fizic al energiei negative, au „inventat” un electron cu sarcină pozitivă, numindu-l „pozitron”.
A devenit primul antiparticul descoperit experimental. Instalarea, care înregistrează raze cosmice, a arătat că traiectoria mișcării unor particule într-un câmp magnetic este similară cu traiectoria unui electron - numai acestea s-au deviat în direcția opusă. Apoi, s-a descoperit perechea mezon-antimeson, s-au înregistrat antiprotonul și antineutronul, iar apoi oamenii de știință au putut să sintetizeze antihidrogenul și nucleul antiheliului.
Trajectorii de mișcare a unui electron și a unui pozitron într-un câmp magnetic / Ilustrație de RIA Novosti. Alina Polyanina
Ce înseamnă toate aceste „anti”? De obicei, folosim acest prefix pentru a denota fenomenul opus. În ceea ce privește antimateria - poate include analogi de particule elementare care au sarcină opusă, moment magnetic și unele alte caracteristici. Desigur, toate proprietățile unei particule nu pot fi inversate. De exemplu, masa și durata de viață ar trebui să rămână întotdeauna pozitive, concentrându-se pe ele, particulele pot fi atribuite unei categorii (de exemplu, protoni sau neutroni).
Video promotional:
Dacă comparăm un proton și un antiproton, atunci unele dintre caracteristicile lor sunt aceleași: masa ambelor este de 938.2719 (98) megaelectronvolt, spin ½ (spin este numit moment unghiular intrinsec al unei particule, care caracterizează rotația sa, în timp ce particula în sine este în repaus). Însă sarcina electrică a protonului este 1, iar antiprotonul are minus 1, numărul barionului (determină numărul de particule puternic interacționate constând din trei quarci) este 1 și respectiv 1.
Proton și antiproton / Ilustrație de RIA Novosti. Alina Polyanina
Unele particule, cum ar fi bosonul Higgs și fotonul, nu au anti-analogi și sunt numite adevărate neutre.
Majoritatea antiparticulelor, împreună cu particulele, apar într-un proces numit împerechere. Formarea unei astfel de perechi necesită energie ridicată, adică viteză extraordinară. În natură, antiparticulele apar atunci când razele cosmice se ciocnesc cu atmosfera Pământului, în interiorul stelelor masive, lângă pulsars și a nucleelor galactice active. Oamenii de știință folosesc colizorii-acceleratoare pentru acest lucru.
Secțiune de accelerare a colectorului mare de hadron, în care particulele sunt accelerate / Foto: CERN
Studiul antimateriei are aplicații practice. Ideea este că anihilarea materiei și a antimateriei generează fotoni cu energie mare. Să zicem că luăm o bancă de protoni și antiprotone și începem să le eliberam treptat unele de altele printr-un tub special, literalmente unul câteodată. Anniilarea unui kilogram de antimaterie eliberează aceeași cantitate de energie ca arderea a 30 de milioane de barili de petrol. O sută patruzeci de nanograme de antiprotone ar fi destul pentru un zbor spre Marte. Captura este că necesită și mai multă energie pentru a genera și ține antimateria.
Cu toate acestea, antimateria este deja utilizată în practică, în medicină. Tomografia cu emisii de pozitroni este utilizată pentru diagnostic în oncologie, cardiologie și neurologie. Metoda se bazează pe livrarea materiei în descompunere cu emisia unui pozitron către un anumit organ. De exemplu, o substanță care se leagă bine de celulele canceroase poate acționa ca un transport. În zona dorită, se formează o concentrație crescută de izotopi radioactivi și, în consecință, pozitroni din descompunerea lor. Pozitronii se anihilează imediat cu electroni. Și putem rezolva destul de mult punctul de anihilare prin înregistrarea quanta gamma. Astfel, cu ajutorul tomografiei cu emisie de pozitron, este posibilă detectarea unei concentrații crescute a substanței de transport într-un anumit loc.
