az antianyag a sci-fi cuccai. Az angyalok és Démonok című könyvben Langdon professzor megpróbálja megmenteni Vatikánvárost egy antianyag-bombától. A Star Trek űrhajó Enterprise anyag-antianyag megsemmisítő hajtóművet használ a fénynél gyorsabb utazáshoz.
de az antianyag is a valóság dolga. Az antianyag-részecskék majdnem azonosak az anyag társaikkal, kivéve, hogy az ellenkező töltést és centrifugálást hordozzák. Amikor az antianyag találkozik az anyaggal, azonnal megsemmisülnek energiává.,
míg az antianyag bombák és az antianyag-meghajtású űrhajók messze vannak, még mindig sok olyan tény van az antianyagról, amely megcsiklandozza az agysejteket.
1. Az antianyagnak meg kellett volna semmisítenie az összes anyagot az univerzumban az ősrobbanás után.
az elmélet szerint az ősrobbanásnak egyenlő mennyiségben kellett volna anyagot és antianyagot létrehoznia. Amikor az anyag és az antianyag találkozik, megsemmisülnek, és csak energiát hagynak hátra., Tehát elvileg egyikünknek sem kellene léteznie.
de mi igen. És ami a fizikusokat illeti, ez csak azért van, mert végül minden milliárd anyag-antianyag párnak volt egy extra anyagrészecskéje. A fizikusok keményen dolgoznak, hogy megmagyarázzák ezt az aszimmetriát.
2. Az antianyag közelebb áll hozzád, mint gondolnád.
kis mennyiségű antianyag folyamatosan esik le a földre kozmikus sugarak, energikus részecskék formájában az űrből., Ezek az antianyag-részecskék a légkörünket kevesebb, mint egy négyzetméterenként több mint 100 négyzetméterenként érik el. A tudósok bizonyítékokat is láttak az antianyag-termelésről a zivatarok felett.
de más antianyag-források még közelebb vannak az otthonhoz. Például a banán antianyagot termel, felszabadítva egy pozitront—egy elektron antianyag—egyenértékét-körülbelül 75 percenként. Ez azért fordul elő,mert a banán kis mennyiségű káliumot tartalmaz-40, a természetben előforduló kálium izotóp. Mivel a kálium-40 bomlik, alkalmanként egy pozitront bocsát ki a folyamat során.,
testünk kálium-40-et is tartalmaz, ami azt jelenti, hogy pozitronokat is bocsátanak ki tőled. Az antianyag azonnal megsemmisül az anyaggal való érintkezés során, így ezek az antianyag-részecskék nagyon rövid életűek.
3. Az emberek csak egy kis mennyiségű antianyagot hoztak létre.
az antianyag-anyag megsemmisülése hatalmas mennyiségű energiát szabadíthat fel. Egy gramm antianyag egy atombomba méretű robbanást okozhat., Az emberek azonban csak csekély mennyiségű antianyagot termeltek.
a Fermilab Tevatron részecskegyorsítójában létrehozott összes antiproton mindössze 15 nanogramot tartalmaz. Azok, amelyek a CERN-ben készültek, körülbelül 1 nanogramm. A németországi DESY-nél eddig körülbelül 2 nanogramm pozitront állítottak elő.
Ha az emberek által valaha készített összes antianyagot egyszerre megsemmisítenék, az előállított energia még egy csésze tea forralásához sem lenne elegendő.
a probléma az antianyag-termelés és-tárolás hatékonyságában és költségeiben rejlik., Az 1 gramm antianyag előállításához körülbelül 25 millió kilowattóra energiára lenne szükség, és több mint egymillió milliárd dollárba kerülne.
4. Van olyan dolog, mint egy antianyag csapda.
az antianyag tanulmányozásához meg kell akadályozni, hogy az anyaggal megsemmisüljön. A tudósok megteremtették a módját, hogy csak ezt tegyék.
töltött antianyag részecskék, például pozitronok és antiprotonok tarthatók Penning csapdáknak nevezett eszközökben., Ezek hasonlóak az apró gyorsítókhoz. Belül a részecskék spirál körül, mint a mágneses és elektromos mezők tartani őket ütköznek a falak, a csapda.
de a Tollcsapdák nem működnek semleges részecskékkel, például antihidrogénnel. Mivel nincs töltésük, ezeket a részecskéket nem lehet elektromos mezőkkel korlátozni. Ehelyett Ioffe csapdákban tartják őket, amelyek egy olyan térrégió létrehozásával működnek, ahol a mágneses mező minden irányban nagyobb lesz. A részecske a leggyengébb mágneses mezővel beragad a területre, hasonlóan egy tál alján gördülő márványhoz.,
A Föld mágneses mezője egyfajta antianyag-csapdaként is működhet. Antiprotonokat találtak a Föld körüli zónákban, a Van Allen sugárzási övekben.
5. Lehet, hogy az antianyag felesik.
az antianyag és az anyagrészecskék tömege azonos, de tulajdonságai, mint például az elektromos töltés és a centrifugálás különböznek egymástól. A Standard modell azt jósolja, hogy a gravitációnak ugyanolyan hatást kell gyakorolnia az anyagra és az antianyagra; ez azonban még nem látható., Az olyan kísérletek, mint az AEGIS, az ALPHA és a GBAR, nehezen derülnek ki.
a gravitáció antianyagra gyakorolt hatásának megfigyelése nem olyan egyszerű,mint egy alma leesése egy fáról. Ezeknek a kísérleteknek csapdában kell tartaniuk az antianyagot, vagy lassítaniuk kell, ha az abszolút nulla feletti hőmérsékletre hűtik. Mivel a gravitáció a leggyengébb az alapvető erők közül, a fizikusoknak semleges antianyag részecskéket kell használniuk ezekben a kísérletekben, hogy megakadályozzák az erősebb elektromos erő beavatkozását.,
6. Az antianyagot részecske-lassítókban tanulmányozzák.
hallottál a részecskegyorsítókról, de tudtad, hogy vannak részecskegyorsítók is? A CERN egy Antiproton-lassító nevű géppel rendelkezik, egy tárológyűrűvel, amely képes befogni és lassítani az antiprotonokat tulajdonságaik és viselkedésük tanulmányozására.
körkörös részecskegyorsítókban, mint például a Nagy Hadronütköztető, a részecskék minden egyes forgatás során energiát kapnak., A lassítók fordított irányban működnek; az energia fellendülés helyett a részecskék visszafelé rúgnak, hogy lassítsák a sebességüket.
7. A neutrínók lehetnek a saját antirészecskéik.
egy anyagrészecske és antianyag-partnere ellentétes töltéseket hordoz, így könnyen megkülönböztethetők. A neutrínóknak, a szinte tömeg nélküli részecskéknek, amelyek ritkán kölcsönhatásba lépnek az anyaggal, nincs töltésük., A tudósok úgy vélik, hogy Majorana részecskék, a részecskék hipotetikus osztálya, amelyek saját antirészecskék.
az olyan projektek, mint a Majorana demonstrátor és az EXO-200, célja annak meghatározása, hogy a neutrínók Majorana részecskék-e a neutrinoless kettős-béta bomlásnak nevezett viselkedés keresésével.
egyes radioaktív atommagok egyidejűleg bomlanak, két elektront és két neutrínót bocsátanak ki. Ha a neutrínók a saját antirészecskéik lennének, akkor a kettős bomlás következtében megsemmisítenék egymást, és a tudósok csak elektronokat figyelnének meg.,
a Majorana neutrínók megtalálása segíthet megmagyarázni, hogy miért létezik antianyag-anyag aszimmetria. A fizikusok feltételezik, hogy a Majorana neutrínók lehetnek nehézek vagy könnyűek. A könnyűek ma is léteznek, a nehezek pedig csak az ősrobbanás után léteztek volna. Ezek a nehéz Majorana neutrínók aszimmetrikusan romlottak volna, ami az apró anyagtöbblethez vezetett, amely lehetővé tette univerzumunk létezését.
8. Az antianyagot az orvostudományban használják.,
A PET (pozitron emissziós tomográfia) pozitronokat használ a test nagy felbontású képeinek előállításához. A pozitron-kibocsátó radioaktív izotópok (mint például a banánban található izotópok) olyan kémiai anyagokhoz kapcsolódnak, mint például a glükóz, amelyet a szervezet természetesen használ. Ezeket a véráramba fecskendezik, ahol természetes módon lebomlanak, és olyan pozitronokat szabadítanak fel, amelyek a testben lévő elektronokkal találkoznak és megsemmisülnek. A megsemmisítések gamma-sugarakat hoznak létre, amelyeket képek készítésére használnak.,
A CERN ACE projektjének tudósai az antianyagot a rákterápia potenciális jelöltjeként tanulmányozták. Az orvosok már felfedezték, hogy a daganatokat olyan részecskenyalábokkal célozhatják meg, amelyek csak az egészséges szöveteken való biztonságos áthaladás után szabadítják fel energiájukat. Az antiprotonok használata extra energiát ad. A technika hatékonynak bizonyult a hörcsögsejtekben, de a kutatók még nem végeztek vizsgálatokat az emberi sejtekben.
9., Az antianyag, amelynek meg kellett volna akadályoznia a létezést, még mindig az űrben rejtőzhet.
az egyik módja annak, hogy a tudósok megpróbálják megoldani az antianyag-anyag aszimmetriával kapcsolatos problémát, ha a nagyrobbanásból megmaradt antianyagot keresik.
Az Alfa mágneses spektrométer egy részecskeérzékelő, amely a Nemzetközi Űrállomás tetején ül, hogy megkeresse ezeket a részecskéket. Az AMS olyan mágneses mezőket tartalmaz, amelyek hajlítják a kozmikus részecskék útját, hogy elválasztják az anyagot az antianyagtól. Detektorai az áthaladás során értékelik és azonosítják a részecskéket.,
A kozmikus sugárütközések rutinszerűen pozitronokat és antiprotonokat termelnek, de az antihélium atom létrehozásának valószínűsége rendkívül alacsony a szükséges hatalmas energiamennyiség miatt. Ez azt jelenti, hogy akár egyetlen antihéliummag megfigyelése is erős bizonyíték lenne arra, hogy nagy mennyiségű antianyag létezik valahol máshol az univerzumban.
10. Az emberek valójában azt tanulmányozzák, hogyan kell az űrhajókat antianyaggal táplálni.,
csak egy maroknyi antianyag képes hatalmas mennyiségű energiát előállítani, így népszerű üzemanyag a futurisztikus járművek számára a sci-fiben.
az antianyag rakéta meghajtása hipotetikusan lehetséges; a fő korlátozás annyi antianyag összegyűjtése, hogy ez megtörténjen.
jelenleg nincs olyan technológia, amely az alkalmazáshoz szükséges mennyiségben tömegtermelésre vagy antianyag gyűjtésére állna rendelkezésre. Ugyanakkor kevés kutató végzett szimulációs vizsgálatokat a meghajtásról és a tárolásról., Ezek közé tartozik Ronan Keane és Wei-Ming Zhang, akik a Western Reserve Akadémián, illetve a Kent State University-n végezték munkájukat, valamint Marc Weber és kollégái a Washingtoni Állami Egyetemen. Egy nap, ha kitaláljuk, hogyan lehet nagy mennyiségű antianyagot létrehozni vagy összegyűjteni, tanulmányaik segíthetnek az antianyag-meghajtású csillagközi utazásnak valósággá válni.