Antimaterija je že dolgo predmet znanstvene fantastike. Profesor Langdon v knjigi in filmu Angeli in demoni poskuša rešiti Vatikan pred protitatrijsko bombo. Vesoljsko plovilo Star Trek Enterprise uporablja uničujoč protitatrični motor, da potuje hitreje od hitrosti svetlobe. Toda antimaterija je tudi predmet naše resničnosti. Delci antimaterije so praktično enaki svojim materialnim partnerjem, le da nosijo nasproten naboj in predenje. Ko se antimaterija sreča z materijo, se takoj uničijo v energijo in to ni več fikcija.
Čeprav antimaterijske bombe in ladje, ki temeljijo na istem gorivu, v praksi še niso možne, pa o antimateriji obstaja veliko dejstev, ki vas bodo presenetile ali vam omogočile, da se naužijete tistega, kar ste že poznali.
1. Antimaterija naj bi po velikem udaru uničila vso snov v vesolju
Po teoriji je Big Bang rodil snov in antimaterijo v enakih količinah. Ko se srečajo, pride do medsebojnega uničenja, uničenja in ostane samo čista energija. Na podlagi tega ne bi smeli obstajati.
Vendar obstajamo. In kolikor fiziki vemo, je to zato, ker je bil za vsako milijardo parov snovi-antimaterije en dodatni delček materije. Fiziki se trudijo, da bi razložili to asimetrijo.
Promocijski video:
2. Antimaterija je bližje kot si mislite
Majhne količine antimaterije neprestano padajo na Zemljo v obliki kozmičnih žarkov, energijskih delcev iz vesolja. Ti delci antimaterije dosežejo naše ozračje v ravneh od ene do več kot sto na kvadratni meter. Znanstveniki imajo tudi dokaze, da med grmenjenjem nastaja antimaterija.
Obstajajo še drugi viri antimaterije, ki so nam bližje. Banane, na primer, proizvajajo antimaterijo tako, da oddajajo en pozitron - antimaterijski ekvivalent elektrona - približno enkrat na 75 minut. To je zato, ker banane vsebujejo majhne količine kalija-40, naravnega izotopa kalija. Ko kalij-40 razpade, se včasih rodi pozitron.
Naša telesa vsebujejo tudi kalij-40, kar pomeni, da oddajate tudi pozitrone. Antimaterija se ob stiku s snovjo takoj uniči, zato ti delci antimaterije ne zdržijo zelo dolgo.
3. Ljudem je uspelo ustvariti zelo malo antimaterije
Uničenje antimaterije in snovi lahko sprosti ogromne količine energije. Gram antimaterije lahko povzroči eksplozijo velikosti jedrske bombe. Vendar pa ljudje niso proizvedli veliko antimaterije, zato se ni treba bati.
Vsi antiprotoni, ustvarjeni na pospeševalniku delcev Tevatron v laboratorijih Fermi, bodo komaj tehtali 15 nanogramov. CERN je do danes proizvedel le približno 1 nanogram. Na DESY v Nemčiji - največ 2 nanograma pozitronov.
Če se vsa antimaterija, ki jo ustvari človek, takoj uniči, njegova energija niti ne bo dovolj, da bi skuhala skodelico čaja.
Težava je v učinkovitosti in stroških izdelave in shranjevanja antimaterije. Za ustvarjanje 1 grama antimaterije je potrebnih približno 25 milijonov milijard kilovatnih ur energije in stane več kot milijon milijard dolarjev. Presenetljivo je, da je antimaterija včasih navedena kot ena izmed najdražjih snovi na našem svetu.
4. Obstaja takšna stvar, kot je pas proti antimateriji
Če želite preučiti antimaterijo, ji morate preprečiti, da bi se uničila s snovjo. Znanstveniki so našli več načinov za to.
Napolnjene delce antimaterije, kot so positroni in antiprotoni, lahko shranite v ti Penning pasti. So kot drobni pospeševalci delcev. Znotraj njih se delci premikajo v spirali, medtem ko jih magnetno in električno polje preprečuje, da bi se trčili v stene pasti.
Vendar pa Penningove pasti ne delujejo za nevtralne delce, kot je antihidrogen. Ker nimajo naboja, teh delcev ni mogoče omejiti na električna polja. Ujeti so v Ioffejeve pasti, ki delujejo tako, da ustvarijo prostor, kjer magnetno polje v vseh smereh postane večje. Delci antimaterije se zataknejo na območju z najšibkejšim magnetnim poljem.
Zemljino magnetno polje lahko deluje kot pasti za antimaterijo. V določenih conah okoli Zemlje so našli antiprotone - Van Allenove sevalne pasove.
5. Antimaterija lahko pade (v dobesednem pomenu besede)
Delci snovi in antimaterije imajo enako maso, vendar se razlikujejo po lastnostih, kot so električni naboj in predenje. Standardni model napoveduje, da bi morala gravitacija delovati enako na materijo in antimaterijo, vendar to še ni videti. Pri tem delujejo eksperimenti, kot so AEGIS, ALPHA in GBAR.
Opazovanje gravitacijskega učinka na primeru antimaterije ni tako enostavno kot pogled na jabolko, ki pada z drevesa. Ti poskusi zahtevajo, da ujamete antimaterijo ali upočasnite njeno hlajenje do temperature tik nad absolutno ničlo. In ker je gravitacija najšibkejša od osnovnih sil, morajo fiziki v teh poskusih uporabiti nevtralne delce antimaterije, da preprečijo interakcijo z močnejšo silo električne energije.
6. Antimaterija se preučuje pri moderatorjih delcev
Ste že slišali za pospeševalce delcev in ste slišali za počasnejše delce? V CERN-u obstaja stroj, imenovan antiproton decelerator, v katerem se antiprotoni zajamejo in upočasnijo, da preučijo njihove lastnosti in vedenje.
V pospeševalcih delcev z obročki, kot je veliki hadronski trkalnik, delci dobijo energijski zagon vsakič, ko zaključijo krog. Zaviralci delujejo nasprotno: namesto da pospešijo delce, jih potisnemo v nasprotno smer.
7. Nevtrini so lahko lastni delci
Delci materije in njen antimaterialni partner nosijo nasprotne naboje, kar omogoča enostavno razlikovanje med njimi. Nevtrini, skoraj brezmasni delci, ki redko posegajo v materijo, nimajo naboja. Znanstveniki verjamejo, da gre morda za majoranske delce, hipotetični razred delcev, ki so njihovi lastni delci.
Namen projektov, kot sta Majorana demonstrator in EXO-200, je ugotoviti, ali so nevtrini res majoranski delci, in sicer z opazovanjem vedenja tako imenovanega dvojnega beta razpada.
Nekatera radioaktivna jedra razpadejo hkrati in oddajajo dva elektrona in dva nevtrina. Če bi bili nevtrini lastni anti delci, bi se po dvojnem razpadu uničili, znanstveniki pa bi morali opazovati le elektrone.
Iskanje nevtrinov Majorane lahko pomaga razložiti, zakaj obstaja asimetrija snovi proti antimateriji. Fiziki predlagajo, da so majoranski nevtrini lahko težki ali lahki. Pljuča obstajajo v našem času, težka pa so obstajala takoj po velikem udaru. Težke nevtrine majorane so razpadle asimetrično, kar je povzročilo pojav majhne količine snovi, ki je napolnila naše vesolje.
8. Antimaterija se uporablja v medicini
PET, PET (pozitronska emisijska topografija) uporablja positrone za izdelavo posnetkov telesa visoke ločljivosti. Radioaktivni izotopi, ki oddajajo pozitron (podobni tistim, ki jih najdemo v bananah), se v telesu vežejo na kemikalije, kot je glukoza. Vbrizgajo ga v krvni obtok, kjer naravno razpadejo, sproščajo positrone. Ti se srečujejo z elektroni v telesu in jih uničujejo. Z uničevanjem nastajajo gama žarki, ki se uporabljajo za gradnjo slike.
Znanstveniki iz projekta ACE v CERN-u preučujejo antimaterijo kot potencialnega kandidata za zdravljenje raka. Zdravniki so že ugotovili, da lahko na tumorje usmerjajo žarke delcev, svojo energijo oddajajo šele, ko varno preidejo skozi zdravo tkivo. Uporaba antiprotonov bo dodala dodaten porast energije. Ta tehnika se je izkazala za učinkovito pri zdravljenju hrčkov, vendar še ni bila preizkušena na ljudeh.
9. Antimaterija lahko skriva prostor
Eden od načinov, kako znanstveniki poskušajo rešiti problem asimetrije snovi proti krčmi, je iskanje antimaterije, ki je ostala od velikega poka.
Alfa magnetni spektrometer (AMS) je detektor delcev, ki se nahaja na Mednarodni vesoljski postaji in išče take delce. AMS vsebuje magnetna polja, ki upogibajo pot kozmičnih delcev in ločujejo materijo od antimaterije. Njeni detektorji morajo takšne delce zaznati in prepoznati, ko minejo.
Pri trčenju v kozmičnih žarkih običajno nastanejo positroni in antiprotoni, vendar so možnosti, da se ustvari antihelijev atom, izjemno majhne zaradi ogromne količine energije, ki jo ta postopek potrebuje. To pomeni, da bi bilo opazovanje vsaj enega nukleola antihelija močan dokaz obstoja velikanskih količin antimaterije drugje v vesolju.
10. Ljudje se pravzaprav naučijo, kako opremljati gorivo proti krčmi vesoljskih plovil, Zelo malo antimaterije lahko ustvari ogromne količine energije, zaradi česar je priljubljeno gorivo za futuristične ladje znanstvene fantastike.
Hipotetično je možno protimično krmiljenje raket; glavna omejitev je zbiranje dovolj antimaterije, da se to zgodi.
Za množično proizvodnjo ali zbiranje antimaterije v količinah, potrebnih za takšno uporabo, še ni tehnologij. Vendar znanstveniki delajo na posnemanju takšnega gibanja in shranjevanja te zelo antimaterije. Če nekega dne najdemo način za proizvodnjo velikih količin antimaterije, bi lahko njihove raziskave pomagale, da bi medzvezdna potovanja postala resničnost.
Na podlagi gradiva symmetrymagazine.org
ILYA KHEL