Antymateria to rzeczy z science fiction. W książce i filmie Anioły i demony profesor Langdon próbuje uratować Watykan przed bombą antymateryjną. Statek Star Trek Enterprise używa napędu anihilacji materii i antymaterii, aby podróżować szybciej niż światło.
ale antymateria to też rzecz rzeczywistości. Cząstki antymaterii są prawie identyczne z ich odpowiednikami materii, z tym że przenoszą przeciwny ładunek i spin. Kiedy antymateria spotyka się z materią, natychmiast anihilują w energię.,
chociaż bomby antymateryjne i statki kosmiczne zasilane antymaterią są dalekosiężne, nadal istnieje wiele faktów na temat antymaterii, które będą łaskotać twoje komórki mózgowe.
1. Antymateria powinna zniszczyć całą materię we wszechświecie po Wielkim Wybuchu.
zgodnie z teorią, wielki wybuch powinien stworzyć materię i antymaterię w równych ilościach. Kiedy Materia i antymateria spotykają się, anihilują, pozostawiając po sobie tylko energię., Więc w zasadzie, żaden z nas nie powinien istnieć.
ale mamy. Fizycy mogą to stwierdzić tylko dlatego, że na każdy miliard par Materia-antymateria była jedna dodatkowa cząstka materii. Fizycy ciężko pracują, próbując wyjaśnić tę asymetrię.
2. Antymateria jest bliżej ciebie niż myślisz.
Niewielkie ilości antymaterii stale opadają na Ziemię w postaci promieni kosmicznych, energetycznych cząstek z kosmosu., Te cząstki antymaterii docierają do naszej atmosfery w tempie od mniej niż jednego na metr kwadratowy do ponad 100 na metr kwadratowy. Naukowcy widzieli również dowody na wytwarzanie antymaterii powyżej burz.
ale inne źródła antymaterii są jeszcze bliżej domu. Na przykład banany wytwarzają antymaterię, uwalniając jeden pozyton-antymateryjny odpowiednik elektronu – co około 75 minut. Dzieje się tak, ponieważ banany zawierają niewielką ilość potasu-40, naturalnie występującego izotopu potasu. Gdy potas-40 rozpada się, czasami wypluwa pozyton.,
nasze ciała zawierają również potas-40, co oznacza, że pozytony są emitowane także od Ciebie. Antymateria anihiluje natychmiast w kontakcie z materią, więc te cząstki antymaterii są bardzo krótkotrwałe.
3. Ludzie stworzyli tylko niewielką ilość antymaterii.
anihilacje antymaterii mają potencjał uwalniania ogromnej ilości energii. Gram antymaterii może spowodować eksplozję wielkości bomby atomowej., Jednak ludzie wyprodukowali tylko niewielką ilość antymaterii.
wszystkie antyprotony powstałe w akceleratorze cząstek Tevatron firmy Fermilab składają się tylko z 15 nanogramów. Te wykonane w CERN wynoszą około 1 nanogram. W DESY w Niemczech do tej pory wyprodukowano około 2 nanogramów pozytonów.
gdyby cała antymateria kiedykolwiek wytworzona przez ludzi została unicestwiona naraz, Wyprodukowana energia nie wystarczyłaby nawet do zagotowania filiżanki herbaty.
problem tkwi w wydajności i kosztach produkcji i przechowywania antymaterii., Wyprodukowanie 1 grama antymaterii wymagałoby około 25 milionów miliardów kilowatogodzin energii i kosztowałoby ponad milion miliardów dolarów.
4. Istnieje coś takiego jak pułapka antymaterii.
aby badać antymaterię, musisz zapobiec jej anihilacji z materią. Naukowcy stworzyli na to sposoby.
naładowane cząstki antymaterii, takie jak pozytony i antyprotony, mogą być przechowywane w urządzeniach zwanych pułapkami Penninga., Są one porównywalne do małych akceleratorów. Wewnątrz cząsteczki obracają się wokół siebie, ponieważ pola magnetyczne i elektryczne uniemożliwiają ich zderzenie ze ścianami pułapki.
ale pułapki Penningowe nie działają na cząstki neutralne, takie jak antyhydrogen. Ponieważ nie mają ładunku, cząstki te nie mogą być ograniczone przez pola elektryczne. Zamiast tego są one trzymane w pułapkach Ioffe, które działają poprzez tworzenie obszaru przestrzeni, w którym pole magnetyczne zwiększa się we wszystkich kierunkach. Cząstka utknie w obszarze o najsłabszym polu magnetycznym, podobnie jak marmur toczący się wokół dna miski.,
pole magnetyczne Ziemi może również pełnić rolę swoistej pułapki antymaterii. Antyprotony znaleziono w strefach wokół Ziemi zwanych pasami promieniowania Van Allena.
5. Antymateria może spaść.
cząstki antymaterii i materii mają tę samą masę, ale różnią się właściwościami, takimi jak ładunek elektryczny i spin. Model Standardowy przewiduje, że grawitacja powinna mieć taki sam wpływ na materię i antymaterię; jednak to jeszcze nie zostało zauważone., Eksperymenty takie jak AEGIS, ALPHA i GBAR ciężko pracują, próbując się dowiedzieć.
obserwowanie wpływu grawitacji na antymaterię nie jest tak proste, jak obserwowanie spadającego jabłka z drzewa. Eksperymenty te muszą trzymać antymaterię w pułapce lub spowolnić ją, schładzając do temperatury tuż powyżej zera absolutnego. A ponieważ grawitacja jest najsłabszą z podstawowych sił, fizycy muszą używać neutralnych cząstek antymaterii w tych eksperymentach, aby zapobiec zakłóceniom przez silniejszą siłę elektryczną.,
6. Antymateria jest badana w spowalniaczach cząstek.
słyszałeś o akceleratorach cząstek, ale czy wiesz, że są też deceleratory cząstek? W CERN znajduje się maszyna zwana Deceleratorem antyprotonów, pierścień magazynujący, który może przechwytywać i spowalniać antyprotony w celu zbadania ich właściwości i zachowania.
w kołowych akceleratorach cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, cząstki otrzymują kopa energii za każdym razem, gdy ukończą obrót., Spowalniacze działają w odwrotnej kolejności; zamiast doładowania energii, cząstki mają kopnięcie do tyłu, aby spowolnić swoje prędkości.
7. Neutrina mogą być własnymi antycząstkami.
cząstka materii i jej partner antymaterii przenoszą przeciwstawne ładunki, co ułatwia ich rozróżnienie. Neutrina, prawie bezmasowe cząstki, które rzadko oddziałują z materią, nie mają ładunku., Naukowcy uważają, że mogą to być cząstki Majorany, hipotetyczna Klasa cząstek, które są ich własnymi antycząstkami.
projekty takie jak Demonstrator Majorana i EXO-200 mają na celu ustalenie, czy neutrina są cząstkami Majorana, szukając zachowania zwanego rozpadem podwójnym beta bez neutrin.
niektóre radioaktywne jądra rozpadają się jednocześnie, uwalniając dwa elektrony i dwa neutrina. Gdyby neutrina były własnymi antycząstkami, anihilowałyby się nawzajem w następstwie podwójnego rozpadu, a naukowcy obserwowaliby tylko elektrony.,
znalezienie neutrin Majorany może pomóc wyjaśnić, dlaczego istnieje asymetria antymateria-Materia. Fizycy stawiają hipotezę, że neutrina Majorany mogą być ciężkie lub lekkie. Lekkie istnieją dzisiaj, a ciężkie istniałyby dopiero po Wielkim Wybuchu. Te ciężkie neutrina Majorany rozpadłyby się asymetrycznie, prowadząc do niewielkiego nadmiaru materii, który pozwalał na istnienie naszego wszechświata.
8. Antymateria jest stosowana w medycynie.,
PET (pozytonowa tomografia emisyjna) wykorzystuje pozytony do tworzenia obrazów ciała o wysokiej rozdzielczości. Izotopy promieniotwórcze emitujące pozyton (takie jak te występujące w bananach) są przyłączone do substancji chemicznych, takich jak glukoza, które są wykorzystywane naturalnie przez organizm. Są one wstrzykiwane do krwiobiegu, gdzie są naturalnie rozkładane, uwalniając pozytony, które spotykają się z elektronami w ciele i anihilują. Anihilacje wytwarzają promienie gamma, które są używane do konstruowania obrazów.,
naukowcy z CERN ' s Ace project badali antymaterię jako potencjalnego kandydata do terapii nowotworowej. Lekarze już odkryli, że mogą celować w guzy wiązkami cząstek, które uwolnią ich energię dopiero po bezpiecznym przejściu przez zdrową tkankę. Używanie antyprotonów dodaje dodatkowej energii. Okazało się, że technika ta jest skuteczna w komórkach chomika, ale naukowcy nie przeprowadzili jeszcze badań na komórkach ludzkich.
9., Antymateria, która powinna uniemożliwić nam istnienie, może nadal czaić się w kosmosie.
jednym ze sposobów, w jaki naukowcy próbują rozwiązać problem asymetrii antymaterii, jest poszukiwanie antymaterii pozostałej po Wielkim Wybuchu.
Alfa Magnetic Spectrometer jest detektorem cząstek, który znajduje się na szczycie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w poszukiwaniu tych cząstek. AMS zawiera pola magnetyczne, które wyginają drogę cząstek kosmicznych, aby oddzielić materię od antymaterii. Jego detektory oceniają i identyfikują cząstki podczas ich przechodzenia.,
zderzenia promieniowania kosmicznego rutynowo wytwarzają pozytony i antyprotony, ale prawdopodobieństwo wytworzenia atomu antyhelium jest bardzo niskie ze względu na ogromną ilość energii, jakiej wymagałby. Oznacza to, że obserwacja nawet pojedynczego jądra antyhelium byłaby mocnym dowodem na istnienie dużej ilości antymaterii gdzieś indziej we wszechświecie.
10. Ludzie studiują, jak zasilać statki kosmiczne antymaterią.,
zaledwie garść antymaterii może wytworzyć ogromną ilość energii, co czyni ją popularnym paliwem dla futurystycznych pojazdów w science fiction.
napęd rakietowy z antymaterią jest hipotetycznie możliwy; głównym ograniczeniem jest gromadzenie wystarczającej ilości antymaterii, aby do tego doszło.
obecnie nie ma dostępnej technologii do masowej produkcji lub zbierania antymaterii w objętości potrzebnej do tego zastosowania. Jednak niewielka liczba badaczy przeprowadziła badania symulacyjne dotyczące napędu i magazynowania., Należą do nich Ronan Keane i Wei-Ming Zhang, którzy pracowali odpowiednio w Western Reserve Academy i Kent State University, oraz Marc Weber i jego koledzy z Washington State University. Pewnego dnia, jeśli znajdziemy sposób na stworzenie lub zebranie dużych ilości antymaterii, ich badania mogą pomóc w podróży międzygwiezdnej napędzanej antymaterią.