Kuidas lennata Marsile kuu jooksul? Selleks peate kosmoselaevale hea tõuke andma. Paraku on parim inimese jaoks saadaolev kütus - tuumaenergia annab spetsiifilise impulsi 3000 sekundit ja lend kestab mitu kuud. Kas pole käepärast midagi energilisemat? Teoreetiliselt on olemas: termotuumasüntees; see annab sadade tuhandete sekundite pikkuse impulsi ja antimaterjali kasutamine annab miljonite sekundite impulsi.
Antimaterjalituumad on ehitatud antinukleonidest ja välimine kest koosneb positronitest. Tugeva vastastikmõju tõttu laengukonjugatsioonis (C-invariants) on antinuumade tuumade mass ja energiaspekter sama, mis tuumadel, mis koosnevad vastavatest nukleonidest, ning antimaterjali ja aine aatomitel peavad olema ühesugused struktuur ja keemilised omadused, ühe HO-ga, objekti kokkupõrge, mis koosneb ainest ja mille koostises on antimaterjal, põhjustab nende koostises sisalduvate osakeste ja osakeste hävitamise.
Aeglaste elektronide ja positronite hävitamine põhjustab gammakvantide moodustumist ning aeglaste nukleonide ja antinukleonide hävitamine viib mitme pi-mesoni moodustumiseni. Järgnevate mesoonide lagunemise tagajärjel moodustub kõva gammakiirgus, mille gammakvandi energia on üle 70 MeV.
Antielektronid (positronid) ennustas P. Dirac ja avastas need siis eksperimentaalselt duššides P. Andersonilt, kes ei teadnud isegi Diraci ennustusest sel ajal. See avastus pälvis 1936. aastal Nobeli füüsikapreemia. Antiproton avastati 1955. aastal Berkeley linnas Bevatronil, millele anti ka Nobeli preemia. 1960. aastal avastati seal antineutron. Serpukhovi kiirendi tellimisel õnnestus ka meie füüsikutel mõnes mõttes edasi minna - 1969. aastal avastati seal antiheeliumituumad. Kuid antimaterjali aatomeid ei õnnestunud saada. Ausalt öeldes on kogu kiirendite olemasolu jooksul antikehi saanud väheolulisi koguseid - kõigist CERNis aasta jooksul sünteesitud antiprotoonidest piisab ühe elektripirni töötamiseks mõneks sekundiks.
Esimene teade antimaterjali - antihüdrogeeni üheksa aatomi sünteesist ATRAP projekti (CERN) raames ilmus 1995. aastal. Umbes 40 ns eksisteerinud üksikud aatomid surid, vabastades ettenähtud koguse kiirgust (mis registreeriti). Eesmärgid olid selged ja jõupingutused õigustatud, ülesanded määrati kindlaks ning 1997. aastal alustas CERN tänu rahvusvahelisele rahalisele abistamisele desseleraatori ehitamist (ärgem tõlkigem seda koos inhibiitori dissonants ekvivalendiga), mis võimaldas aeglustada (jahedaid) antiprotoneid tagasi kümme miljonit korda üle 1995. aasta installatsiooni. Antiproton Moderator (AD) -nimeline seade hakkas tööle 2002. aasta veebruaris.
Pärast antiprotoonide lahkumist aeglustuvast ringist koosneb seadistus neljast põhiosast: antiprotoonide püüdmiseks mõeldud lõks, positronide hoidmisrõngas, segamislõks ja antihüdrogeenidetektor. Prototoonivastast voolu aeglustab kõigepealt mikrolainekiirgus, seejärel jahutatakse soojusvahetuse tagajärjel vähese energiaga elektronide vooga, misjärel see langeb lõksu - mikserisse, kus see on temperatuuril 15 K. Positroni salvestusseade aeglustab järk-järgult, hõivab ja akumuleerib radioaktiivsest allikast pärit positiivroone; umbes pooled neist satuvad segamispüüdurisse, kus neid jahutatakse lisaks sünkrotroni kiirgusega. Kõik see on vajalik antivesinikuaatomite moodustumise tõenäosuse märkimisväärseks suurendamiseks.
Antiprotoni moderaatori juures algas tihe võistlus kahe teadlaste rühma, ATHENA eksperimentides osalejate (39 teadlast erinevatest maailma riikidest) ja ATRAP vahel.
Ajakirjas Nature 2002, köide 419, lk 439, ibid lk 456), mis avaldati 3. oktoobril 2002, väitis ATHENA eksperiment, et neil oli õnnestunud toota 50 000 antimaterjaliaatomit - antivesinikku. Antimateriaalsete aatomite olemasolu registreeriti nende hävitamise ajal, mida kinnitas elektron-positroni hävitamise ajal moodustunud kahe kõva kvandi jälgede ristumine ühes punktis ja antiprotooni ja prootoni hävitamisest tulenevad pioonide jäljed. Saadi esimene antimaterjali "portree" (foto alguses) - sellistest punktidest sünteesitud arvutipilt. Kuna hävitati ainult need aatomid, mis "libisesid" lõksust välja (ja neid oli usaldusväärselt loendatud ainult 130), loovad deklareeritud 50 000 anti vesinikuaatomit ainult "portree" nähtamatu tausta.
Reklaamvideo:
Probleem on selles, et vesinikuvastane hävitamine registreeriti positroni ja antiprotoonide hävitamise üldise tugevama tausta taustal. See tekitas loomulikult külgneva konkureeriva projekti ATRAP kolleegide seas tervisliku skepsise. Nad omakorda, sünteesides samas ruumis antihüdrogeeni, suutsid keerukate magnetlõksude abil registreerida antivesinikuaatomeid ilma igasuguse taustasignaalita. Katse käigus moodustunud antivesinikuaatomid muutusid elektriliselt neutraalseteks ja võivad erinevalt positronitest ja antiprotoonidest vabalt lahkuda piirkonnast, kus laetud osakesed olid piiratud. Seal registreeriti nad ilma taustata.
Arvatakse, et lõksu moodustus umbes 170 000 antivesinikuaatomit, nagu teatasid teadlased ajakirjas Physical Review Letters avaldatud artiklis.
Ja see on juba edu. Nüüd võib saadud antihüdrogeeni kogusest piisata selle omaduste uurimiseks. Näiteks antihüdrogeeniaatomite puhul tehakse ettepanek mõõta 1s-2s elektroonilise ülemineku sagedust (algsest olekust esimesse ergastatud olekusse) kõrge eraldusvõimega laserspektroskoopia meetoditega. (Selle vesiniku ülemineku sagedust tuntakse täpsusega 1,8 · 10–14 - pole sugugi nii, et vesiniku mastrit peetakse sagedusstandardiks.) Teooria kohaselt peaksid need olema samad, mis tavalisel vesinikul. Kui näiteks neeldumisspekter osutub erinevaks, siis peate tegema muudatusi tänapäevase füüsika põhialuste osas.
Kuid huvi antimaterjali vastu - antimaterjal pole sugugi puhtteoreetiline. Antimaterjalimootor võib töötada näiteks järgmiselt. Esiteks luuakse kaks triljonist antiprotoonist koosnevat kahte pilve, mida elektromagnetiline lõks hoiab aine puudutamisest. Seejärel süstitakse nende vahele 42 nanogrammi osake kütust. See on uraan-238 kapsel, mis sisaldab deuteeriumi ja heelium-3 ehk deuteeriumi ja triitiumi segu.
Antiprotoonid hävivad koheselt uraanituumadega ja põhjustavad nende lagunemist kildudeks. Need fragmendid koos saadud gammakvantidega soojendavad kapsli sisemust nii palju, et seal algab termotuumareaktsioon. Selle tohutu energiaga tooteid kiirendab veelgi magnetväli ja lendavad läbi mootori otsiku, pakkudes kosmoselaevale ennekuulmatut tõukejõudu.
Mis puutub ühe kuuga Marsile lendamisse, siis soovitavad Ameerika füüsikud selle jaoks kasutada teistsugust tehnoloogiat - tuuma lõhustumist, mida katalüüsivad antiprotoonid. Siis nõuab kogu lend 140 nanogrammi antiprotoneid, arvestamata radioaktiivset kütust.
Stanfordi uurimiskeskuses (Californias), kuhu on paigaldatud lineaarsete osakeste kiirendi, tehtud uued mõõtmised on võimaldanud teadlastel edusamme leida, vastates küsimusele, miks mateeria valitseb universumis antimaterjali kohal.
Katse tulemused kinnitavad eelnevaid eeldusi nende vastandlike üksuste tasakaalustamatuse kujunemise kohta. Teadlaste sõnul on tehtud uuringud siiski esitanud rohkem küsimusi kui vastuseid: kiirendiga tehtavad eksperimendid ei suuda anda täielikku selgitust, miks kosmoses on nii palju ainet - miljardid galaktikad, mis on tähe ja planeediga täidetud.
Kiirendiga töötavad teadlased mõõtsid parameetrit, mida tuntakse kahe beeta siinusena (0,74 pluss või miinus 0,07). See indikaator peegeldab asümmeetriaastet mateeria ja antimaterjali vahel.
Suure Paugu tagajärjel oleks pidanud moodustuma sama palju ainet ja antimaterjali, mis siis hävines ja ei jätnud muud kui energiat. Kuid universum, mida me vaatleme, on vaieldamatud tõendid mateeria võidu kohta antimaterjaliga.
Et aru saada, kuidas see võib juhtuda, vaatasid füüsikud efekti, mida nimetatakse laengu võrdsuse rikkumiseks. Selle efekti jälgimiseks uurisid teadlased B-mesoone ja anti-B-mesoone, väga lühikese elueaga osakesi - triljondit sekundit.
Nende absoluutselt vastupidiste osakeste käitumise erinevused näitavad erinevusi mateeria ja antimaterjali vahel ning selgitavad osaliselt, miks üks valitseb teise üle. Katseteks vajalikud miljonid B-mesoonid ja anti-B-mesonid moodustati elektronide ja positronite kiirte kiirendi kokkupõrgete tagajärjel. Esimesed, 2001. aastal saadud tulemused näitavad selgelt B-mesoonide tasude võrdsuse rikkumist.
"See oli oluline avastus, kuid kahe beeta siinuse kinnitamiseks kvantfüüsika põhikonstandiks on vaja veel palju andmeid koguda," ütles Stewart Smith Princetoni ülikoolist. "Uued tulemused tehti teatavaks pärast kolmeaastast 88 miljoni sündmuse intensiivset uurimist ja analüüsi."
Uued mõõtmised on kooskõlas niinimetatud "standardmudeliga", mis kirjeldab elementaarseid osakesi ja nende vastasmõjusid. Laengute võrdsuse tõestatud ulatus iseenesest ei ole piisav mateeria ja antimaterjali tasakaalustamatuse selgitamiseks universumis.
"Ilmselt juhtus lisaks tasude ebavõrdsusele ka midagi muud, mille tagajärjel muutus mateeria ülekaal tähtedeks, planeetideks ja elusorganismideks," kommenteeris Marylandi ülikooli töötaja Hassan Jawahery. "Tulevikus võime ehk aru saada need varjatud protsessid ja vastavad küsimusele, mis viis universumi praegusesse olekusse ja see saab olema kõige põnevam avastus."
