Predmeti vesolja - galaksije, zvezde, kvazarji, planeti, supernove, živali in ljudje - so sestavljeni iz materije. Tvorijo ga različni osnovni delci - kvarki, leptoni, bozoni. Toda izkazalo se je, da obstajajo delci, pri katerih en del značilnosti popolnoma sovpada s parametri "originalov", drugi pa ima nasprotne vrednosti. Ta lastnost je znanstvenike spodbudila, da so združila takšne delce s splošnim imenom "antimaterija".
Prav tako je postalo jasno, da je preučevanje te skrivnostne snovi veliko težje kot registracija. Proti delcev v stabilnem stanju v naravi še nismo srečali. Težava je v tem, da se snov in antimaterija uničijo (medsebojno uničujeta) ob "stiku". V antimateriji je povsem mogoče dobiti v laboratorijih, čeprav ga je precej težko zadržati. Do zdaj so znanstveniki to lahko storili le za nekaj minut.
Po teoriji bi moral Veliki prašek proizvesti enako število delcev in delcev. Če pa se snov in antimaterija medsebojno uničita, bi morale hkrati prenehati obstajati. Zakaj vesolje obstaja?
"Pred več kot 60 leti je teorija dejala, da vse lastnosti anti delcev sovpadajo z lastnostmi navadnih delcev v prostoru, ki se zrcali. Vendar je bilo v prvi polovici 60. let ugotovljeno, da v nekaterih procesih ta simetrija ni zadovoljena. Od takrat je bilo ustvarjenih veliko teoretičnih modelov, za razlago tega pojava je bilo izvedenih na desetine poskusov. Zdaj so najbolj razvite teorije, da je razlika v količini snovi in antimaterije povezana s tako imenovano kršitvijo simetrije CP (od besed naboj - "naboj" in parnost - "parnost"). Toda nihče še ne ve zanesljivega odgovora na vprašanje, zakaj je več materije kot protiimaterije, "razlaga Aleksej Žemčugov, izredni profesor na katedri za temeljne in uporabne težave fizike mikrovalovja na Moskovskem inštitutu za fiziko in tehnologijo.
Zgodovina antimaterije se je začela z enačbo gibanja elektrona, ki je imel rešitve, v katerih je imel negativno energijo. Ker si znanstveniki fizičnega pomena negativne energije niso mogli predstavljati, so si "izmislili" elektron s pozitivnim nabojem in ga poimenovali "pozitron".
Postal je prvi eksperimentalno odkrit antidelec. Namestitev, ki je registrirala kozmične žarke, je pokazala, da je trajektorija gibanja nekaterih delcev v magnetnem polju podobna trajektoriji elektrona - le oni se odklonijo v nasprotni smeri. Nato so odkrili par mezon-antimezon, registrirali sta antiproton in antineutron, nato pa so znanstveniki lahko sintetizirali antihidrogen in antihelij jedro.
Načrtovanja gibanja elektrona in pozitrona v magnetnem polju / Ilustracija RIA Novosti. Alina Polyanina
Kaj vse pomenijo ti "anti"? To predpono ponavadi uporabljamo za označevanje nasprotnega pojava. Kar zadeva antimaterijo - lahko vključuje analogne elementarne delce, ki imajo nasproten naboj, magnetni moment in nekatere druge značilnosti. Vse lastnosti delca seveda ni mogoče spremeniti. Na primer, masa in življenjska doba morata biti vedno pozitivni, če se osredotočimo na njih, delce lahko pripišemo eni kategoriji (na primer protoni ali nevtroni).
Promocijski video:
Če primerjamo proton in antiproton, potem je nekaj njihovih značilnosti enako: masa obeh je 938,2719 (98) megaelektronvolt, spin ½ (spin se imenuje intrinzični kotni moment delca, ki označuje njegovo vrtenje, medtem ko je delček v mirovanju). Toda električni naboj protona je 1, antiproton pa minus 1, barionovo število (določa število močno medsebojno delujočih delcev, sestavljenih iz treh kvarkov) 1 in minus 1.
Proton in antiproton / Ilustracija RIA Novosti. Alina Polyanina
Nekateri delci, na primer Higgsov bozon in foton, nimajo anti-analogov in jih imenujemo resnični nevtralni.
Večina delcev se skupaj z delci pojavlja v postopku, imenovanem seznanjanje. Za oblikovanje takšnega para je potrebna velika energija, torej ogromna hitrost. V naravi nastanejo delci, ko kozmični žarki trčijo v Zemljino atmosfero, znotraj masivnih zvezd, poleg pulsarjev in aktivnih galaktičnih jeder. Znanstveniki za to uporabljajo trkalnike-pospeševalnike.
Pospeševalni odsek velikega hadronskega trkalnika, kjer se pospešijo delci / Foto: CERN
Študij antimaterije ima praktične aplikacije. Bistvo je, da uničevanje snovi in antimaterije ustvarja visokoenergijske fotone. Recimo, da vzamemo banko protonov in antiprotonov in jih začnemo postopoma sproščati drug proti drugemu skozi posebno cev, dobesedno enega na drugega. Uničenje enega kilograma antimaterije sprosti enako količino energije kot kurjenje 30 milijonov sodčkov nafte. Sto let in štirideset nanogramov antiprotonov bi bilo povsem dovolj za polet na Mars. Ulov je, da je za ustvarjanje in zadrževanje antimaterije potrebno še več energije.
Vendar se antimaterija že uporablja v praksi, v medicini. Pozitronska emisijska tomografija se uporablja za diagnostiko v onkologiji, kardiologiji in nevrologiji. Metoda temelji na dostavi snovi, ki propada, z oddajanjem pozitrona v določen organ. Na primer, snov, ki se dobro veže na rakave celice, lahko deluje kot transport. Na želenem območju nastane povečana koncentracija radioaktivnih izotopov in posledično pozitronov iz njihovega razpada. Pozitroni se takoj uničijo z elektroni. In točko uničevanja lahko precej popravimo tako, da registriramo gama kvante. Tako je s pomočjo pozitronsko-emisijske tomografije mogoče na določenem mestu zaznati povečano koncentracijo transportne snovi.