Antimaterjal on juba pikka aega olnud ulme teema. Raamatus ja filmis "Inglid ja deemonid" püüab professor Langdon Vatikani päästa antimaterjalipommist. Star Treki kosmoselaevade ettevõte kasutab hävitavat antimaterjalimootorit, et liikuda kiiremini kui valguse kiirus. Kuid antimaterjal on ka meie reaalsuse objekt. Antimaterjalide osakesed on praktiliselt identsed nende materiaalsete partneritega, välja arvatud see, et need kannavad vastupidist laengut ja keerutust. Kui antimateria kohtub mateeriaga, hävivad nad koheselt energiaks ja see pole enam väljamõeldis.
Ehkki samal kütusel põhinevad antimaterjalipommid ja laevad pole praktikas veel võimalikud, on antimaterjalide kohta palju fakte, mis üllatavad või võimaldavad teil värskendada mälu sellest, mida te juba teadsite.
1. Antimaterjal pidi pärast Suurt Pauku hävitama kogu universumis oleva aine
Teooria kohaselt sünnitas Suur Pauk ainet ja antimaterjali võrdsetes kogustes. Kui nad kohtuvad, toimub vastastikune hävitamine, hävitamine ja järele jääb ainult puhas energia. Selle põhjal ei tohiks meid olemas olla.
Kuid me eksisteerime. Ja nii palju kui füüsikud teavad, on selle põhjuseks see, et iga miljardi mateeria ja antimaterjali paari kohta oli üks aineosake. Füüsikud üritavad seda asümmeetriat selgitada.
Reklaamvideo:
2. Antimaterjal on teile lähemal kui arvate
Väike kogus antimaterjali satub Maa peal pidevalt kosmiliste kiirte, kosmosest eralduvate energiaosakeste kujul. Need antimaterjali osakesed jõuavad meie atmosfääri vahemikus üks kuni üle saja ruutmeetri kohta. Teadlastel on ka tõendeid, et äikese ajal tekivad antimaterjalid.
On ka teisi antimaterjali allikaid, mis on meile lähemal. Näiteks banaanid tekitavad antimaterjali, kiirgades umbes iga 75 minuti järel ühte positronit - elektroni antimaterjali ekvivalenti. Selle põhjuseks on asjaolu, et banaanid sisaldavad väikeses koguses kaaliumi-40, looduslikult esinevat kaaliumi isotoopi. Kui kaalium-40 laguneb, sünnib mõnikord positron.
Meie keha sisaldab ka kaaliumi-40, mis tähendab, et eraldate ka positroone. Antimaterjal hävib ainega kokkupuutel koheselt, mistõttu need antimaterjali osakesed ei kesta väga kaua.
3. Inimestel õnnestus luua väga vähe antimaterjali
Antimaterjali ja aine hävitamine võib vabastada tohutult energiat. Gramm antimaterjali võib tekitada tuumapommi suuruse plahvatuse. Inimesed pole aga antimaterjali palju tootnud, seega pole karta midagi.
Kõik Fermi laborites Tevatroni osakestekiirendil loodud antiprotoonid kaaluvad vaevalt 15 nanogrammi. CERN on praeguseks tootnud ainult umbes 1 nanogrammi. Saksamaal DESY-s - mitte rohkem kui 2 nanogrammi positroone.
Kui kõik inimeste loodud antimaterjal hävib koheselt, ei piisa selle energiast isegi tassi tee keetmiseks.
Probleem seisneb antimaterjali tootmise ja ladustamise tõhususes ja kuludes. 1 grammi antimaterjali loomine nõuab umbes 25 miljonit miljardit kilovatt-tundi energiat ja maksab üle miljoni miljardi dollari. Pole üllatav, et antimaterjal on mõnikord meie maailma kümne kõige kallima aine hulgas.
4. On olemas selline asi nagu antimaterjalide lõks
Antimaterjali uurimiseks peate takistama selle hävitamist ainega. Teadlased on leidnud selleks mitmeid viise.
Laetud antimaterjalide osakesi, nagu positronid ja antiprotoonid, saab hoida niinimetatud Penningi püünistes. Nad on nagu pisikesed osakeste kiirendid. Nende sees liiguvad osakesed spiraalselt, samal ajal kui magnet- ja elektriväljad takistavad neid lõksu seintega kokkupõrkel.
Penningi püünised ei tööta aga selliste neutraalsete osakeste nagu anti vesinik korral. Kuna neil pole laengut, ei saa neid osakesi piirduda elektriväljadega. Nad on lõksus Ioffe lõksudes, mis töötavad, luues ruumi ala, kus magnetväli muutub igas suunas suuremaks. Antimaterjali osakesed takerduvad nõrgeima magnetväljaga piirkonda.
Maa magnetväli võib toimida antimaterjali lõksudena. Teatud tsoonides Maa ümber leiti antiprotoone - Van Alleni kiirgusvööd.
5. Antimaterjal võib langeda (selle sõna otseses tähenduses)
Aineosakestel ja antimaterjalil on sama mass, kuid erinevad omaduste poolest nagu elektrilaeng ja tsentrifuug. Tüüpmudel ennustab, et gravitatsioon peaks toimima võrdselt nii mateeria kui ka antimaterjaliga, kuid see on veel kindel. Sellised katsed nagu AEGIS, ALPHA ja GBAR töötavad selle nimel.
Gravitatsioonilise efekti jälgimine antimaterjali näitel pole nii lihtne kui puult langeva õuna vaatamine. Need katsed nõuavad antimaterjali püüdmist lõksu või selle aeglustamist jahutades temperatuurini veidi üle absoluutse nulli. Ja kuna gravitatsioon on põhijõududest kõige nõrgem, peavad füüsikud nendes katsetes kasutama neutraalseid antimaterjalide osakesi, et vältida koostoimet elektri võimsama jõuga.
6. Antimaterjali uuritakse osakeste moderaatorites
Kas olete kuulnud osakeste kiirenditest ja kas olete kuulnud osakeste kiirendajatest? CERN-is on masin nimega Antiproton Decelerator, milles antiprotoneid hõivatakse ja aeglustatakse nende omaduste ja käitumise uurimiseks.
Rõngasosakeste kiirendites, nagu näiteks suur hadronite põrkumismasin, saavad osakesed energilise tõuke iga kord, kui nad ringi täidavad. Aeglustajad töötavad vastupidiselt: osakeste kiirendamise asemel lükatakse need vastupidises suunas.
7. Neutrinood võivad olla nende enda antikehad
Aineosakesel ja selle antimateriaalsel partneril on vastupidised laengud, mis hõlbustab nende eristamist. Neutrinodel, peaaegu massitutel osakestel, mis ainega harva interakteeruvad, pole laengut. Teadlased usuvad, et need võivad olla majoranaosakesed, hüpoteetiline osakeste klass, mis on nende endi antiosakesed.
Selliste projektide nagu Majorana Demonstrator ja EXO-200 eesmärk on teha kindlaks, kas neutriinod on tõepoolest Majorana osakesed, jälgides nn neutriinovaba topelt beeta lagunemise käitumist.
Mõned radioaktiivsed tuumad lagunevad üheaegselt, eraldades kaks elektroni ja kaks neutriino. Kui neutriinod oleksid nende enda osakesed, häviksid nad pärast topelt lagunemist ja teadlased peaksid jälgima ainult elektrone.
Majorana neutriinode otsimine võib aidata selgitada, miks mateeria ja antimaterjali asümmeetria on olemas. Füüsikud arvavad, et majorana neutriinod võivad olla kas rasked või kerged. Kopsud eksisteerisid meie ajal ja rasked olid olemas kohe pärast Suurt Pauku. Rasked majorana neutriinod lagunesid asümmeetriliselt, mille tagajärjel tekkis pisike kogus ainet, mis täitis meie universumi.
8. Meditsiinis kasutatakse antimaterjali
PET, PET (Positron Emission Topography) kasutab positronite abil kõrge eraldusvõimega kehapiltide tootmist. Positrone kiirgavad radioaktiivsed isotoobid (nagu need, mida leidsime banaanides) kinnituvad kehas leiduvate kemikaalide, näiteks glükoosiga. Neid süstitakse vereringesse, kus nad lagunevad looduslikult, eraldades postroneid. Need omakorda kohtuvad keha elektronidega ja hävivad. Hävitamine tekitab gammakiiri, mida kasutatakse pildi konstrueerimiseks.
CERNi projekti ACE teadlased uurivad antimaterjali kui vähktõve ravi potentsiaalset kandidaati. Arstid on juba mõelnud, et nad saavad suunata osakeste kiirte tuumoritesse, eraldades energiat alles siis, kui nad ohutult terved koed läbivad. Antiprotoonide kasutamine lisab täiendavat energiat. On tõestatud, et see tehnika on tõhus hamstrite ravis, kuid seda pole inimestel veel katsetatud.
9. Antimaterjal võib kosmoses varitseda
Üks viis, kuidas teadlased üritavad mateeria-antimaterjali asümmeetria probleemi lahendada, on Suurest Paugust järelejäänud antimaterjali otsimine.
Alfa-magnetiline spektromeeter (AMS) on osakeste detektor, mis asub rahvusvahelises kosmosejaamas ja otsib selliseid osakesi. AMS sisaldab magnetvälju, mis painutavad kosmiliste osakeste teed ja eraldavad ainet antimaterjalist. Selle detektorid peavad tuvastama ja tuvastama sellised osakesed, mis nad läbivad.
Kosmilise kiirgusega kokkupõrked tekitavad tavaliselt positroneid ja antiproteone, kuid antiheeliumi aatomi loomise võimalused on äärmiselt väikesed, kuna see protsess nõuab tohutult energiat. See tähendab, et vähemalt ühe antiheeliumituuma vaatlus oleks võimas tõend hiiglaslike antimateriumikoguste olemasolust mujal universumis.
10. Inimesed õpivad tegelikult, kuidas varustada kosmoselaevade antimaterjalide kütust, Väga vähesed antimaterjalid võivad toota tohutul hulgal energiat, muutes selle futuristlike ulmelaevade populaarseks kütuseks.
Antimaterjali raketi tõukejõud on hüpoteetiliselt võimalik; peamine piirang on piisavalt antimaterjali kogumine, et see juhtuks.
Sellise rakenduse jaoks vajalikus koguses antimaterjalide masstootmiseks või kogumiseks pole veel tehnoloogiaid. Kuid teadlased tegelevad selle väga antimaterjali sellise liikumise ja ladustamise jäljendamisega. Ühel päeval, kui leiame viisi suures koguses antimaterjali tootmiseks, võiks nende uurimine aidata tähtedevahelisel reisil reaalsuseks saada.
Põhineb saidi symmetrymagazine.org materjalidel
ILYA KHEL
