Antimateria a fost mult timp obiectul science fiction. În cartea și în filmul "Îngerii și Demonii", profesorul Langdon încearcă să salveze Vaticanul dintr-o bombă din antimaterie. Navele Enterprise de la Star Trek utilizează un motor bazat pe antimaterie pentru a călători mai repede decât lumina. Dar antimateria este, de asemenea, un obiect al realității noastre. Particulele de antimaterie sunt aproape identice cu partenerii lor materiale, cu excepția faptului că poartă încărcătură opusă și spin. Atunci când antimateria întâlnește materia, ea se anihilează instantaneu în energie, iar aceasta nu mai este ficțiune.
Deși bombe de antimaterie și nave bazate pe același combustibil nu sunt încă posibile în practică, există multe fapte de antimaterie care vă vor surprinde sau vă vor permite să reîmprospătați ceea ce ați știut deja.
1. Antimateria a trebuit 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 distrugere reciprocă, anihilare, și numai energia pură rămâne. Continuând de aici, nu ar trebui să existăm.
Dar noi existam. Și cum știu fizicienii, aceasta se datorează faptului că pentru fiecare miliard de perechi de substanțe antimaterie a existat o particulă suplimentară de materie. Fizicienii încearcă să explice această asimetrie.
2. Antimateria este mai aproape de tine decât crezi
Cantități mici de antimaterie sunt turnate în mod constant de ploaie pe Pământ sub formă de raze cosmice, particule de energie din spațiul cosmic. Aceste particule de antimaterie ating atmosfera noastră cu un nivel de la unu la mai mult de o sută pe metru pătrat. Oamenii de stiinta au, de asemenea, dovezi ca antimateria se naste in timpul unei furtuni.
Există și alte surse de antimaterie care sunt mai aproape de noi. Bananele, de exemplu, produc antimaterie, emițând un positron - electron antivestsvenny - aproximativ o dată la 75 de minute. Acest lucru se datorează faptului că bananele conțin o cantitate mică de potasiu-40, care se găsește în mod natural în izotopul de potasiu. În decăderea de potasiu-40, se produce câteodată un pozitron.
Corpurile noastre conțin și potasiu-40, ceea ce înseamnă că emiță și positroni. Antimateria anihilează instantaneu la contactul cu materia, astfel încât aceste particule de antimaterie nu trăiesc foarte mult timp.
3. Oamenii au reușit să creeze un pic de antimaterie
Annihilarea antimateriei și a materiei are potențialul de a elibera o cantitate imensă de energie. Un gram de antimaterie poate produce o explozie de dimensiunea unei bombe nucleare. Cu toate acestea, oamenii nu au produs mult antimaterie, deci nu este de ce să vă fie frică.
Toate antiprotonii creați pe acceleratorul de particule Tevatron de la Laboratorul Fermi vor obține cu greu 15 nanograme. În CERN până în prezent, a produs doar aproximativ 1 nanogram. În DESY în Germania - nu mai mult de 2 nanograme de pozitroni.
Dacă tot antimateria, creată de oameni, anihilează instantaneu, energia ei nu este suficientă nici pentru a fierbe o ceașcă de ceai.
Problema este eficiența și costul producerii și depozitării antimateriei. Crearea unui gram de antimaterie necesită aproximativ 25 de milioane de miliarde de kilowați-oră de energie și costă peste 1 miliard de dolari. Nu este surprinzator faptul ca antihistrul este uneori inclus in lista celor zece substante cele mai scumpe din lumea noastra.
4. Există un astfel de lucru ca o capcană pentru antimaterie
Pentru a studia antimateria, trebuie să împiedici anihilarea ei cu materie. Oamenii de știință au găsit mai multe modalități de a face acest lucru.
Particulele încărcate de antimaterie, cum ar fi positronii și antiprotonii, pot fi stocate în așa-numitele capcane Penning. Sunt ca niște acceleratoare de particule mici. În interiorul lor, particulele se mișcă într-o spirală, în timp ce câmpurile magnetice și electrice îi împiedică să se ciocnească cu pereții capcanei.
Cu toate acestea, capcana Penning nu funcționează pentru particule neutre ca antihidrogenul. Deoarece nu au încărcătură, aceste particule nu pot fi restrânse la câmpurile electrice. Ei sunt prinși în capcanele lui Joffe, care lucrează, creând o regiune a spațiului în care câmpul magnetic devine mai mare în toate direcțiile. Particulele antimateriei sunt blocate în regiune cu cel mai slab câmp magnetic.
Câmpul magnetic al Pământului poate acționa ca capcană a antimateriei. Antiprotonii s-au găsit în anumite zone din jurul centurilor de radiații ale Pământului - Van Allen.
5. Antimateria poate cădea (în sensul literal al cuvântului)
Particulele de materie și antimateria au o masă, dar diferă în proprietăți, cum ar fi încărcarea electrică și centrifugarea. Modelul standard prezice că gravitatea ar trebui să afecteze în mod egal materia și antimateria, dar rămâne de văzut cu certitudine. Experimente precum AEGIS, ALPHA și GBAR lucrează la acest lucru.
Observați efectul gravitațional asupra exemplului de antimaterie nu este atât de ușor ca privirile la căderea mărului din copac. Aceste experimente necesită păstrarea antimateriei în capcana sau încetinirea acesteia prin răcirea la temperaturi deasupra nivelului zero absolut. Iar deoarece gravitatea este cea mai slabă forță fundamentală, fizicienii trebuie să utilizeze particule neutre de antimaterie în aceste experimente pentru a preveni interacțiunea cu o forță electrică mai puternică.
6. Antimateria este studiată în retardatoarele de particule
Ați auzit despre acceleratoarele de particule și ați auzit despre întârzierile de particule? În CERN există o mașină numită Deceptor antiproton, în inelul căruia antiprotonii sunt capturați și încetinite pentru a-și studia proprietățile și comportamentul.
În acceleratoarele de particule, cum ar fi Colizorul de Large Hadron, particulele obțin un impuls de energie de fiecare dată când își completează cercul. Retardatoarele funcționează în sens invers: în loc de a accelera particulele, ele sunt împinse în direcția opusă.
7. Neutrinii pot fi propriile lor antiparticule
Unele nuclee radioactive se descompun simultan, emițând doi electroni și doi neutri. Dacă neutrinii ar fi propriile lor antiparticule, ar fi anihilat după o cădere dublă, iar oamenii de știință nu ar trebui decât să observe electronii.
8. Antimateria utilizată în medicină
PET, PET (Topografia cu emisii de pozitroni) utilizează pozitroni pentru a obține imagini ale corpului cu rezoluție înaltă. Izotopii radiați care emit pozitroni (asemenea celor găsiți în banane) sunt atașați la substanțele chimice cum ar fi glucoza, care este prezentă în organism. Acestea sunt introduse în fluxul sanguin, unde se descompun în mod natural, emitând positroni. Aceștia, la rândul lor, se întâlnesc cu electroni ai corpului și se anihilează. Annihilarea produce raze gamma, care sunt folosite pentru a construi o imagine.
Cercetătorii ACE din cadrul CERN studiază antimateria ca potențial candidat pentru tratamentul cancerului. Doctorii au descoperit deja că pot direcționa către razele tumorale ale particulelor care își emit energia numai după ce trec în siguranță printr-un țesut sănătos. Utilizarea antiprotonelor va adăuga o explozie suplimentară de energie. Această tehnică a fost recunoscută ca fiind eficientă pentru tratamentul hamsterilor, dar nu a fost încă testată la om.
9. Antimateria poate fi ascunsă în spațiu
Unul dintre modurile în care oamenii de știință încearcă să rezolve problema asimetriei materiei-antimaterie este să caute antimateria rămasă după Big Bang.
Spectrometrul magnetic alpha (AMS) este un detector de particule care se află pe stația spațială internațională și caută particule de acest tip. AMS conține câmpuri magnetice care răsucesc calea particulelor cosmice și materiei separate de antimaterie. Detectoarele sale ar trebui să detecteze și să identifice astfel de particule pe măsură ce trec.
Coliziunea razelor cosmice produce, de obicei, pozitroni și antiprotoni, dar probabilitatea de a crea un atom al unui antiheliu rămâne extrem de redusă datorită cantității mari de energie necesară pentru acest proces. Aceasta înseamnă că observarea cel puțin a unui nucleu de antigel va fi o dovadă puternică a existenței unei cantități uriașe de antimaterie în orice altă parte a universului.
10. Oamenii studiază cum să echipeze nava spațială cu combustibil pe antimaterie
Un pic de antimaterie poate produce o cantitate imensă de energie, ceea ce îl transformă într-un combustibil popular pentru navele futuriste din domeniul science fiction.
Mișcarea unei rachete pe antimaterie este posibilă ipotetic; Limitarea principală este colectarea unei cantități suficiente de antimaterie, astfel încât să poată fi efectuată.
Până în prezent, nu există tehnologie pentru producția în masă sau colectarea de antimaterie în cantitățile necesare pentru o astfel de utilizare. Totuși, oamenii de știință lucrează la imitarea acestei mișcări și la stocarea acestui foarte antimaterie. Odată, dacă găsim o modalitate de a produce o cantitate mare de antimaterie, studiile lor pot ajuta călătoriile interstelare să se transforme în realitate.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: