Ako lietať na Mars za mesiac? Aby ste to dosiahli, musíte dať kozmickej lodi dobrú podporu. Bohužiaľ, najlepšie dostupné palivo pre človeka - jadrové palivo má špecifický impulz 3000 sekúnd a let sa tiahne mnoho mesiacov. Nie je po ruke niečo energickejšie? Teoreticky existuje: termonukleárna fúzia; Poskytuje impulz stovky tisíc sekúnd a použitie antihmoty poskytne impulz miliónov sekúnd.
Jadrá antihmoty sú postavené z antinukleónov a vonkajší obal pozostáva z pozitrónov. V dôsledku opakovanej silnej interakcie s ohľadom na konjugáciu náboja (C-invarencia) majú antinukleáry hmotnostné a energetické spektrum ako jadrá pozostávajúce zo zodpovedajúcich nukleónov a atómy antihmoty a hmoty musia mať rovnakú štruktúru a chemické vlastnosti, s jedinou HO, kolízia objektu, pozostávajúci z látky, s predmetom antihmoty, vedie k zničeniu častíc a antičastíc obsiahnutých v ich zložení.
Zničenie pomalých elektrónov a pozitrónov vedie k tvorbe gama quanta a zničenie pomalých nukleónov a antinukleónov vedie k vzniku niekoľkých pí-mezónov. V dôsledku následných úpadkov mezónov sa vytvára žiarenie gama žiarením s energiou gama kvanty vyššou ako 70 MeV.
Antielektróny (pozitróny) predpovedal P. Dirac a potom experimentálne objavili v „sprchách“P. Andersona, ktorý o Diracovej predikcii v tom čase ani nevedel. Tento objav získal Nobelovu cenu za fyziku v roku 1936. Antiproton bol objavený v roku 1955 na Bevatron v Berkeley, ktorý získal aj Nobelovu cenu. V roku 1960 tu bol objavený antineutrón. Po uvedení serpukovského urýchľovača do prevádzky sa niektorým fyzikom podarilo dosiahnuť určitý pokrok - v roku 1969 tu boli objavené jadrá antihelia. Ale atómy antihmoty sa nedali získať. Úprimne povedané, počas celej existencie urýchľovačov dostali antičastice zanedbateľné množstvo - všetky antiprotóny syntetizované v CERN za rok budú stačiť na to, aby jednu elektrickú žiarovku ovládali niekoľko sekúnd.
Prvá správa o syntéze deviatich atómov antihmoty antihmoty v rámci projektu ATRAP (CERN) sa objavila v roku 1995. Po existencii asi 40 ns tieto jednotlivé atómy zomreli a uvoľnili predpísané množstvo žiarenia (ktoré bolo zaznamenané). Ciele boli jasné a opodstatnené úsilie, boli definované úlohy av roku 1997 v blízkosti Ženevy, vďaka medzinárodnej finančnej pomoci, spoločnosť CERN začala s výstavbou dezertizátora (neprekladajme ho s disonantným ekvivalentom „inhibítora“), čo umožnilo spomaliť („ochladiť“) antiprotóny späť desať miliónov krát v porovnaní s inštaláciou v roku 1995. Toto zariadenie s názvom Antiproton Moderátor (AD) bolo uvedené do prevádzky vo februári 2002.
Zostava po tom, ako antiprotóny opustia spomaľujúci kruh, pozostáva zo štyroch hlavných častí: lapač na zachytávanie antiprotónov, pozitrónový akumulačný krúžok, zmiešavací lapač a antihydrogénový detektor. Antiprotónový tok sa najprv spomalí mikrovlnným žiarením, potom sa ochladí v dôsledku výmeny tepla tokom nízkoenergetických elektrónov, potom spadne do pasce - mixér, kde má teplotu 15 K. Pozitronové úložné zariadenie postupne spomaľuje, zachytáva a akumuluje pozitróny z rádioaktívneho zdroja; asi polovica z nich spadne do zmiešavacieho lapača, kde sa dodatočne ochladí synchrotrónovým žiarením. To všetko je potrebné na významné zvýšenie pravdepodobnosti tvorby atómov vodíka.
V spoločnosti Antiproton Moderator sa začala tvrdá konkurencia medzi dvoma skupinami vedcov, účastníkmi experimentov ATHENA (39 vedcov z rôznych krajín sveta) a ATRAP.
V publikácii Nature 2002, zv. 419, s. 439, tamtiež, s. 456), publikovanej 3. októbra 2002, experiment ATHENA tvrdil, že sa im podarilo vyrobiť 50 000 atómov antihmoty - antihydrogén. Prítomnosť atómov antihmoty bola zaznamenaná v čase ich zničenia, čo bolo dokázané priesečníkom v jednom bode stôp dvoch tvrdých kvantov vytvorených počas zničenia elektrónovo-pozitrónmi a stôp piónov, ktoré boli výsledkom zničenia antiprotónu a protónu. Bol získaný prvý „portrét“antihmoty (fotografia na začiatku) - z týchto bodov bol syntetizovaný počítačový obraz. Pretože boli zničené iba atómy, ktoré „vykĺzli“z pasce (a spoľahlivo sa spočítalo iba 130 z nich), 50 000 antihydrogénových atómov, ktoré sú deklarované, vytvára iba neviditeľné pozadie „portrétu“.
Propagačné video:
Problém spočíva v tom, že sa anhydratácia antihydrogénom zaznamenala na všeobecnom silnejšom pozadí pozitrónovej a antiprotónovej anihilácie. To, prirodzene, spôsobilo medzi kolegami zo susedného konkurenčného projektu ATRAP zdravý skepticizmus. Na druhej strane, keď syntetizovali antihydrogén v rovnakom zariadení, boli schopní registrovať atómy vodíka pomocou komplexných magnetických pascí bez signálu na pozadí. Atómy antihydrogénu vytvorené v experimente sa stali elektricky neutrálnymi a na rozdiel od pozitrónov a antiprotónov mohli voľne opustiť oblasť, v ktorej boli zadržané nabité častice. Tam boli bez pozadia zaregistrovaní.
Odhaduje sa, že v pasci sa vytvorilo približne 170 000 atómov vodíka, ako uviedli vedci v článku publikovanom v publikácii Physical Review Letters.
A to je už úspech. Teraz môže byť dostatočné množstvo antihydrogénu na štúdium jeho vlastností. Napríklad v prípade antihydrogénnych atómov sa má merať frekvencia elektronického prechodu 1s-2s (zo základného stavu do prvého excitovaného stavu) pomocou laserovej spektroskopie s vysokým rozlíšením. (Frekvencia tohto prechodu vo vodíku je známa s presnosťou 1,8 - 10–14 - nie je to nič za to, že sa masér vodíka považuje za štandard frekvencie.) Podľa teórie by mali byť rovnaké ako v prípade bežného vodíka. Ak sa napríklad absorpčné spektrum ukáže byť odlišné, budete musieť upraviť základné základy modernej fyziky.
Ale záujem o antihmotu - antihmota nie je v žiadnom prípade čisto teoretická. Antihmotový motor môže pracovať napríklad nasledovne. Najskôr sa vytvoria dva oblaky niekoľkých biliónov antiprotónov, ktoré sú elektromagnetickým pascom chránené pred dotykom s hmotou. Potom sa medzi nimi vstrekne 42-nanogramová častica paliva. Je to kapsula urán-238 obsahujúca zmes deutéria a hélia-3 alebo deutéria a trícia.
Antiprotóny okamžite zničia jadrá uránu a spôsobia ich rozpad na fragmenty. Tieto fragmenty spolu s výslednou gama quantou zahrievajú natoľko vnútri kapsuly, že tam začína termonukleárna reakcia. Jeho výrobky, ktoré majú obrovskú energiu, sa ešte viac zrýchľujú magnetickým poľom a unikajú cez dýzu motora, čím poskytujú kozmickej lodi neslýchaný nápor.
Pokiaľ ide o let na Mars, americkí fyzici za to odporúčajú použiť inú technológiu - jadrové štiepenie katalyzované antiprotónmi. Potom bude celý let vyžadovať 140 nanogramov antiprotónov, bez započítania rádioaktívneho paliva.
Nové merania vykonané v Stanfordskom výskumnom centre (Kalifornia), kde je nainštalovaný lineárny urýchľovač častíc, umožnili vedcom pokročiť v odpovedi na otázku, prečo vo vesmíre prevláda hmota nad antihmotou.
Výsledky experimentu potvrdzujú predchádzajúce predpoklady o vývoji nerovnováhy týchto opačných entít. Vedci však tvrdia, že vykonané štúdie priniesli viac otázok ako odpovedí: experimenty s urýchľovačom nemôžu poskytnúť úplné vysvetlenie, prečo je v priestore toľko hmoty - miliardy galaxií naplnených hviezdami a planétami.
Vedci, ktorí pracujú s urýchľovačom, zmerali parameter známy ako sínus dvoch beta (0,74 plus alebo mínus 0,07). Tento ukazovateľ odráža stupeň asymetrie medzi hmotou a antihmotou.
V dôsledku Veľkého tresku sa malo vytvoriť rovnaké množstvo hmoty a antihmoty, ktoré sa potom zničili a nezostalo nič iné ako energia. Vesmír, ktorý pozorujeme, je však nepopierateľným dôkazom víťazstva hmoty nad antihmotou.
Aby pochopili, ako by sa to mohlo stať, fyzici sa pozreli na účinok nazývaný porušovanie rovnosti poplatkov. Na pozorovanie tohto účinku vedci študovali B-mezóny a anti-B-mezóny, častice s veľmi krátkou životnosťou - biliónty sekundy.
Rozdiely v správaní týchto úplne opačných častíc ukazujú rozdiely medzi hmotou a antihmotou a čiastočne vysvetľujú, prečo jeden prevláda nad druhým. Milióny B-mezónov a anti-B-mezónov potrebných na experiment sa vytvorili ako výsledok zrážok v urýchľovači lúčov elektrónov a pozitrónov. Prvé výsledky, získané späť v roku 2001, jasne poukazujú na porušenie rovnosti poplatkov za B-mezóny.
"Bol to dôležitý objav, ale ešte stále je potrebné zhromaždiť veľa údajov, aby sme dokázali potvrdiť sínus dvoch beta ako základnú konštantu v kvantovej fyzike," uviedol Stewart Smith z Princetonskej univerzity. „Nové výsledky boli oznámené po troch rokoch intenzívneho výskumu a analýzy 88 miliónov udalostí.“
Nové merania sú v súlade s tzv. „Štandardným modelom“, ktorý opisuje základné častice a ich vzájomné pôsobenie. Samotný potvrdený stupeň porušenia rovnosti poplatkov nestačí na vysvetlenie nerovnováhy hmoty a antihmoty vo vesmíre.
„Zdá sa, že okrem nerovnosti poplatkov sa stalo aj niečo iné, čo spôsobilo, že prevládajúca hmota sa zmenila na hviezdy, planéty a živé organizmy,“komentoval Hassan Jawahery, zamestnanec University of Maryland. „V budúcnosti možno budeme schopní porozumieť tieto skryté procesy a odpovedajú na otázku, čo priviedlo vesmír do jeho súčasného stavu a toto bude najúžasnejší objav. ““