Predmety vesmíru - galaxie, hviezdy, kvasary, planéty, supernovy, zvieratá a ľudia - sa skladajú z hmoty. Tvoria ho rôzne elementárne častice - kvarky, leptóny, bozóny. Ukázalo sa však, že existujú častice, v ktorých sa jedna časť charakteristík úplne zhoduje s parametrami „originálov“a druhá má opačné hodnoty. Táto vlastnosť viedla vedcov k tomu, aby súhrn týchto častíc obsahovali všeobecný názov „antihmota“.
Ukázalo sa tiež, že štúdium tejto záhadnej látky je oveľa ťažšie ako registrácia. Antičastice v stabilnom stave sa v prírode ešte nestretli. Problém je v tom, že hmota a antihmota sa zničia (vzájomne sa zničia) po „kontakte“. V laboratóriách je možné získať antihmotu, hoci je dosť ťažké ho zadržať. Doteraz to vedci dokázali urobiť iba pár minút.
Podľa teórie mal Veľký tresk vyrobiť rovnaký počet častíc a antičastíc. Ale ak sa hmota a antihmota navzájom zničia, potom by mali prestať existovať súčasne. Prečo existuje vesmír?
„Pred viac ako 60 rokmi teória uviedla, že všetky vlastnosti antičastíc sa zhodujú s vlastnosťami bežných častíc v zrkadlovo odrážanom priestore. V prvej polovici 60. rokov sa však zistilo, že v niektorých procesoch nie je táto symetria uspokojená. Odvtedy sa vytvorilo veľa teoretických modelov a na vysvetlenie tohto javu sa vykonali desiatky experimentov. V súčasnosti sú najrozvinutejšie teórie, že rozdiel v množstve hmoty a antihmoty je spojený s tzv. Porušením symetrie CP (zo slov náboj - „náboj“a parita - „parita“). Nikto však zatiaľ nepozná spoľahlivú odpoveď na otázku, prečo existuje viac ako antihmota, “vysvetľuje Alexey Zhemchugov, docent Katedry základných a aplikovaných problémov fyziky mikrosveta Moskovského inštitútu fyziky a technológie.
História antihmoty sa začala pohybovou rovnicou pre elektrón, ktorý mal riešenia, v ktorých mal negatívnu energiu. Pretože vedci si nedokázali predstaviť fyzikálny význam negatívnej energie, „vymysleli“elektrón s kladným nábojom a nazvali ho „pozitrón“.
Stal sa prvým experimentálne objaveným antičasticom. Inštalácia, registrácia kozmických lúčov, ukázala, že trajektória pohybu niektorých častíc v magnetickom poli je podobná trajektórii elektrónu - iba sa vychýlili v opačnom smere. Potom bol objavený pár mezón-antimesón, boli zaregistrované antiprotóny a antineutróny a vedci potom boli schopní syntetizovať antihydrogénové a antiheliové jadro.
Trajektórie pohybu elektrónu a pozitrónu v magnetickom poli / Ilustrácia RIA Novosti. Alina Polyanina
Čo znamenajú všetky tieto „anti“? Túto predponu zvyčajne používame na označenie opačného fenoménu. Pokiaľ ide o antihmotu, môže obsahovať analógy elementárnych častíc, ktoré majú opačný náboj, magnetický moment a niektoré ďalšie charakteristiky. Samozrejme, všetky vlastnosti častice nemožno zvrátiť. Napríklad hmotnosť a životnosť by mali vždy zostať pozitívne, so zameraním na ne, častice možno priradiť k jednej kategórii (napríklad protóny alebo neutróny).
Propagačné video:
Ak porovnáme protón a antiprotón, potom sú niektoré z ich charakteristík rovnaké: hmotnosť oboch je 938,2719 (98) megaelektronvoltu, spin ½ (spin sa nazýva vnútorná uhlová hybnosť častice, ktorá charakterizuje jej rotáciu, zatiaľ čo samotná častica je v pokoji). Ale elektrický náboj protónu je 1 a antiprotón má mínus 1, baryónové číslo (určuje počet silne interagujúcich častíc pozostávajúcich z troch kvarkov) je 1 a mínus 1.
Protón a antiprotón / Ilustrácia RIA Novosti. Alina Polyanina
Niektoré častice, ako napríklad Higgsov bozón a fotón, nemajú žiadne analógy a nazývajú sa pravými neutrálnymi.
Väčšina antičastíc sa spolu s časticami objavuje v procese nazývanom párovanie. Vytvorenie takého páru vyžaduje vysokú energiu, to znamená obrovskú rýchlosť. V prírode vznikajú antičastice, keď sa kozmické lúče zrážajú s atmosférou Zeme, vnútri obrovských hviezd, vedľa pulzarov a aktívnych galaktických jadier. Vedci na to používajú urýchľovače zrážok.
Urýchľujúca časť veľkého hadrónového urýchľovača, kde sú častice zrýchlené / Foto: CERN
Štúdia antihmoty má praktické aplikácie. Ide o to, že zničením hmoty a antihmoty sa vytvoria vysokoenergetické fotóny. Povedzme, že vezmeme banku protónov a antiprotónov a začneme ich postupne uvoľňovať k sebe pomocou špeciálnej skúmavky, doslova jeden po druhom. Zničením jedného kilogramu antihmoty sa uvoľní rovnaké množstvo energie ako pri spaľovaní 30 miliónov barelov ropy. Na let na Mars by stačilo sto štyridsať nanogramov antiprotónov. Úlovok spočíva v tom, že výroba a zadržiavanie antihmoty vyžaduje ešte viac energie.
Antihmota sa však už používa v praxi, v medicíne. Pozitónová emisná tomografia sa používa na diagnostiku v onkológii, kardiológii a neurológii. Metóda je založená na dodaní látky, ktorá sa rozpadá, s emisiou pozitrónu do špecifického orgánu. Napríklad látka, ktorá sa dobre viaže na rakovinové bunky, môže pôsobiť ako transport. V požadovanej oblasti sa vytvára zvýšená koncentrácia rádioaktívnych izotopov a následne pozitrónov z ich rozpadu. Pozitóny okamžite zničia elektrónmi. A my môžeme celkom opraviť bod zničenia registráciou gama quanta. Teda pomocou pozitrónovej emisnej tomografie je možné detegovať zvýšenú koncentráciu transportnej látky na určitom mieste.