Antihmota je už dlho predmetom science fiction. V knihe a filme Anjeli a démoni sa profesor Langdon snaží zachrániť Vatikán pred antihmotou. Kozmická loď Star Trek Enterprise používa vyhladzovací antihmotový motor na to, aby cestoval rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Antihmota je však tiež predmetom našej reality. Častice antihmoty sú prakticky identické so svojimi materiálovými partnermi, s výnimkou toho, že nesú opačný náboj a rotujú. Keď antihmota narazí na hmotu, okamžite zničia energiu a už to nie je fikcia.
Hoci antihmotové bomby a lode založené na rovnakom palive v praxi ešte nie sú možné, existuje mnoho faktov o antihmote, ktoré vás prekvapia alebo vám umožnia osviežiť spomienku na to, čo ste už vedeli.
1. Antihmota mala zničiť všetku hmotu vo vesmíre po Veľkom tresku
Podľa teórie Veľký tresk porodil látku a antihmotu v rovnakých množstvách. Keď sa stretnú, dôjde k vzájomnému zničeniu, zničeniu a zostane iba čistá energia. Na základe toho by sme nemali existovať.
Ale my existujeme. A pokiaľ to fyzici vedia, je to tak preto, že na každých pár párov hmoty a antihmoty bola jedna ďalšia častica hmoty. Fyzici sa snažia čo najviac vysvetliť túto asymetriu.
Propagačné video:
2. Antihmota je vám bližšie, než si myslíte
Malé množstvo antihmoty neustále prší na Zem vo forme kozmického žiarenia, energetických častíc z vesmíru. Tieto častice antihmoty sa dostávajú do našej atmosféry na úrovni od jedného do viac ako sto na meter štvorcový. Vedci tiež majú dôkazy, že antihmota sa vytvára počas búrky.
Existujú ďalšie zdroje antihmoty, ktoré sú nám bližšie. Napríklad banány produkujú antihmotu emitovaním jedného pozitrónu - ekvivalentu antihmoty elektrónu - približne raz za 75 minút. Je to preto, že banány obsahujú malé množstvo draslíka-40, čo je prirodzene sa vyskytujúci izotop draslíka. Keď sa draslík-40 rozpadne, niekedy sa rodí pozitrón.
Naše telá tiež obsahujú draslík-40, čo znamená, že emitujete aj pozitróny. Antihmota vyhladzuje okamžite pri kontakte s hmotou, takže tieto častice antihmoty netrvajú príliš dlho.
3. Ľudia dokázali vytvoriť veľmi málo antihmoty
Zničenie antihmoty a hmoty má potenciál uvoľniť obrovské množstvo energie. Gram antihmoty môže spôsobiť výbuch veľkosti jadrovej bomby. Ľudia však nevytvorili veľa antihmoty, takže sa nemusíte obávať.
Všetky antiprotóny vytvorené v urýchľovači častíc Tevatron vo Fermi Laboratories sotva vážia 15 nanogramov. CERN doteraz produkoval iba asi 1 nanogram. V DESY v Nemecku - nie viac ako 2 nanogramy pozitrónov.
Ak sa všetka antihmota vytvorená ľuďmi okamžite zničí, jej energia nebude stačiť na varenie šálky čaju.
Problém spočíva v efektívnosti a nákladoch na výrobu a skladovanie antihmoty. Vytvorenie 1 gramu antihmoty vyžaduje asi 25 miliónov miliárd kilowatthodín energie a náklady na milión miliárd dolárov. Nie je prekvapením, že antihmota je niekedy uvedená ako jedna z desiatich najdrahších látok na svete.
4. Existuje pasca antihmoty
Ak chcete študovať antihmotu, musíte zabrániť jej zničeniu hmotou. Vedci našli niekoľko spôsobov, ako to dosiahnuť.
Nabité častice antihmoty, ako sú pozitróny a antiprotóny, sa môžu skladovať v tzv. Penningových pasciach. Sú ako malé urýchľovače častíc. Vo vnútri sa častice pohybujú v špirále, zatiaľ čo magnetické a elektrické pole ich chráni pred zrážkami so stenami pasce.
Pasce Penningu však nefungujú pre neutrálne častice, ako je napríklad antihydrogen. Pretože tieto častice nie sú nabité, nemôžu sa obmedzovať na elektrické polia. Sú uväznení v pasci Ioffeho, ktoré fungujú tak, že vytvárajú priestor, v ktorom sa magnetické pole zväčšuje vo všetkých smeroch. Častice antihmoty uviaznu v oblasti s najslabším magnetickým poľom.
Magnetické pole Zeme môže pôsobiť ako pasce antihmoty. Antiprotóny sa našli v určitých zónach okolo Zeme - van Allenove žiariace pásy.
5. Antihmota môže spadnúť (v doslovnom zmysle slova)
Častice hmoty a antihmoty majú rovnakú hmotnosť, ale líšia sa vlastnosťami, ako je elektrický náboj a rotácia. Štandardný model predpovedá, že gravitácia by mala pôsobiť rovnako na hmotu a antihmotu, ale toto bude treba určite vidieť. Na tom pracujú experimenty ako AEGIS, ALPHA a GBAR.
Pozorovanie gravitačného účinku na príklade antihmoty nie je také ľahké, ako pri pohľade na jablko, ktoré padá zo stromu. Tieto experimenty vyžadujú zachytenie antihmoty alebo jej spomalenie ochladením na teploty tesne nad absolútnou nulou. A keďže gravitácia je najslabšia zo základných síl, fyzici musia v týchto experimentoch používať neutrálne antihmotové častice, aby zabránili interakcii s výkonnejšou silou elektrickej energie.
6. Antihmota sa študuje v moderátoroch častíc
Už ste počuli o urýchľovačoch častíc a počuli ste o spomaľovačoch častíc? V CERN sa nachádza stroj s názvom Antiproton Decelerator, v ktorom sú antiprotóny zachytené a spomalené, aby študovali ich vlastnosti a správanie.
V urýchľovačoch kruhových častíc, ako je Veľký hadrónový urýchľovač, častice dostanú energetickú podporu zakaždým, keď dokončia kruh. Retardéry pracujú opačným spôsobom: namiesto urýchľujúcich častíc sú tlačené opačným smerom.
7. Neutrína môžu byť ich vlastné antičastice
Častica hmoty a jej protimateriálny partner nesú opačné náboje, čo uľahčuje ich rozlíšenie. Neutrína, takmer bezhmotné častice, ktoré zriedka interagujú s hmotou, nemajú žiadne poplatky. Vedci sa domnievajú, že to môžu byť častice Majorany, hypotetická trieda častíc, ktoré sú ich vlastnými antičasticami.
Cieľom projektov ako Majorana Demonstrator a EXO-200 je zistiť, či sú neutrína skutočne majoránnymi časticami, a to sledovaním správania tzv. Neutrínového dvojitého beta rozpadu.
Niektoré rádioaktívne jadrá sa rozpadajú súčasne a emitujú dva elektróny a dva neutrína. Keby boli neutrína ich vlastnými antičasticami, zničili by sa po dvojitom rozklade a vedci by museli pozorovať iba elektróny.
Hľadanie Majorana neutrinos môže pomôcť vysvetliť, prečo existuje asymetria hmoty a antihmoty. Fyzici naznačujú, že majorana neutrinos môžu byť ťažké alebo ľahké. Pľúca existujú v našej dobe a tie ťažké existovali bezprostredne po Veľkom tresku. Ťažké majorany neutrína sa rozpadali asymetricky, čo viedlo k vzniku malého množstva hmoty, ktorá zapĺňala náš vesmír.
8. Antihmota sa používa v medicíne
PET, PET (pozitrónová emisná topografia) používa pozitróny na vytváranie telesných obrazov s vysokým rozlíšením. Rádioaktívne izotopy emitujúce pozitróny (ako sú tie, ktoré sme našli v banánoch) sa viažu na chemické látky, ako je glukóza v tele. Vstrekujú sa do krvného obehu, kde sa prirodzene rozpadajú a emitujú pozitróny. Tieto sa zase stretávajú s elektrónmi tela a ničia sa. Annihilation vytvára gama lúče, ktoré sa používajú na vytvorenie obrazu.
Vedci z projektu ACE v CERNe študujú antihmotu ako potenciálneho kandidáta na liečbu rakoviny. Lekári už prišli na to, že môžu nasmerovať lúče častíc na nádory a ich energiu vyžarovať až potom, ako bezpečne prechádzajú zdravým tkanivom. Použitie antiprotónov dodá ďalší výbuch energie. Táto technika sa ukázala ako účinná pri liečbe škrečkov, ale ešte nebola testovaná na ľuďoch.
9. Antihmota sa môže skrývať vo vesmíre
Jedným zo spôsobov, ako sa vedci snažia vyriešiť problém asymetrie antihmoty, je hľadať antihmotu, ktorá zostala z Veľkého tresku.
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) je detektor častíc umiestnený na Medzinárodnej vesmírnej stanici a hľadá také častice. AMS obsahuje magnetické polia, ktoré ohýbajú cestu kozmických častíc a oddelujú látku od antihmoty. Jeho detektory musia detekovať a identifikovať také častice, ktoré prechádzajú.
Zrážky kozmických lúčov zvyčajne produkujú pozitróny a antiprotóny, ale šanca na vytvorenie atómu antihelia zostáva extrémne malá kvôli enormnému množstvu energie, ktorú tento proces vyžaduje. To znamená, že pozorovanie aspoň jedného jadra antihelia by bolo silným dôkazom existencie gigantických množstiev antihmoty inde vo vesmíre.
10. Ľudia sa skutočne učia, ako vybaviť palivo antihmoty v kozmickej lodi, Veľmi málo antihmoty môže generovať obrovské množstvo energie, čo z nej robí populárne palivo pre futuristické lode sci-fi.
Pohon rakety antihmoty je hypoteticky možný; hlavným obmedzením je zhromaždenie dostatočného množstva antihmoty, aby sa tak stalo.
Zatiaľ neexistujú žiadne technológie pre hromadnú výrobu alebo zber antihmoty v množstvách potrebných na takéto použitie. Vedci však pracujú na napodobňovaní tohto pohybu a skladovania tohto veľmi antihmoty. Jedného dňa, ak nájdeme spôsob, ako vyrobiť veľké množstvo antihmoty, ich výskum by mohol pomôcť medzihviezdnemu cestovaniu stať sa realitou.
Na základe materiálov zo stránky symetrymagazine.org
ILYA KHEL