Universumi objektid - galaktikad, tähed, kvaasarid, planeedid, supernoovad, loomad ja inimesed - koosnevad ainest. Selle moodustavad mitmesugused elementaarosakesed - kvargid, leptonid, bosonid. Kuid selgus, et on osakesi, mille üks osa omadustest kattub täielikult "originaalide" parameetritega ja teisel on vastupidised väärtused. See omadus ajendas teadlasi andma selliste osakeste agregaadile üldnime "antimaterjal".
Samuti sai selgeks, et selle salapärase aine uurimine on palju raskem kui registreerimine. Stabiilse oleku antiosakesi pole looduses veel kohanud. Probleem on selles, et mateeria ja antimaterjal hävivad (üksteist vastastikku hävitavad) "kokkupuutel". Antimaterjali on laborites täiesti võimalik saada, kuigi seda on üsna keeruline sisaldada. Siiani on teadlased suutnud seda teha vaid mõni minut.
Teooria kohaselt oleks Suur Pauk pidanud tootma sama palju osakesi ja antiosakesi. Kuid kui mateeria ja antimaterjal hävivad üksteisega, siis oleks nad pidanud samal ajal eksisteerima. Miks universum eksisteerib?
“Rohkem kui 60 aastat tagasi ütles teooria, et antiosakeste kõik omadused langevad kokku peeglist peegeldunud ruumis olevate tavaliste osakeste omadustega. Kuid 60-ndate aastate esimesel poolel avastati, et mõnes protsessis see sümmeetria ei ole rahul. Pärast seda on loodud palju teoreetilisi mudeleid, selle nähtuse selgitamiseks on tehtud kümneid eksperimente. Nüüd on kõige arenenumad teooriad, et aine ja antimaterjali koguse erinevus on seotud CP-sümmeetria niinimetatud rikkumisega (sõnadest laeng - "laeng" ja paarsus - "paarsus"). Kuid keegi ei tea veel usaldusväärset vastust küsimusele, miks on rohkem ainet kui antimaterjal,”selgitab Moskva füüsika- ja tehnoloogiainstituudi mikromaailma füüsika põhiliste ja rakenduslike probleemide osakonna dotsent Aleksei Zhemchugov.
Antimaterjali ajalugu sai alguse elektroni liikumisvõrrandist, mille lahendused sisaldasid negatiivset energiat. Kuna teadlased ei osanud ette kujutada negatiivse energia füüsikalist tähendust, leiutasid nad positiivse laenguga elektroni, nimetades seda positroniks.
Temast sai esimene eksperimentaalselt avastatud osake. Paigaldamine, kosmiliste kiirte registreerimine näitas, et mõnede magnetvälja osakeste liikumistrajektoor sarnaneb elektroni trajektooriga - ainult need kaldusid vastupidises suunas. Seejärel avastati mesooni-antimooni paar, registreeriti antiprotoon ja antineutron ning seejärel suutsid teadlased sünteesida antivesiniku ja antiheeliumituuma.
Elektroni ja positroni liikumise trajektoorid magnetväljas / RIA Novosti illustratsioon. Alina Polyanina
Mida kõik need "anti" tähendavad? Tavaliselt kasutame seda eesliidet vastupidise nähtuse tähistamiseks. Mis puudutab antimaterjali - see võib sisaldada elementaarsete osakeste analooge, millel on vastupidine laeng, magnetiline moment ja mõned muud omadused. Muidugi ei saa osakese kõiki omadusi ümber pöörata. Näiteks mass ja eluiga peaksid alati jääma positiivseks, keskendudes neile, osakesed võib omistada ühele kategooriale (näiteks prootonid või neutronid).
Reklaamvideo:
Kui võrrelda prootonit ja antiprotooni, siis on nende mõned omadused samad: mõlema mass on 938,2719 (98) megaelektronvolti, spin ½ (spin on osakese õige nurkkiirus, mis iseloomustab selle pöörlemist, samal ajal kui osake ise on puhkeolekus). Kuid prootoni elektrilaeng on 1 ja antiprotonil on miinus 1, vastavalt baroononarv (see määrab tugevalt interakteeruvate osakeste arvu, mis koosneb kolmest kvarkist) 1 ja miinus 1.
Prooton ja antiprotoon / RIA Novosti illustratsioon. Alina Polyanina
Mõnel osakesel, näiteks Higgsi bosonil ja footonil, pole analooge ja neid nimetatakse tõeliselt neutraalseteks.
Enamik antiosakesi koos osakestega ilmnevad protsessis, mida nimetatakse sidumiseks. Sellise paari moodustumine nõuab suurt energiat, see tähendab tohutut kiirust. Looduses tekivad antiosakesed, kui kosmilised kiired põrkuvad Maa atmosfääriga massiivsete tähtede sees, pulsside ja aktiivsete galaktiliste tuumade kõrval. Teadlased kasutavad selleks kokkupõrkeid-kiirendeid.
Suure Hadroniga kokkupõrke kiirendav osa, kus osakesed kiirendatakse / Foto: CERN
Antimaterjali uurimisel on praktilisi rakendusi. Asi on selles, et mateeria ja antimaterjali hävitamine tekitab suure energiaga footoneid. Ütleme nii, et võtame prootonite ja antiprotoonide panga ning hakkame neid spetsiaalse toru kaudu, sõna otseses mõttes ükshaaval, järk-järgult üksteise suhtes vabastama. Ühe kilogrammi antimaterjali hävitamine vabastab sama palju energiat kui 30 miljoni barreli nafta põletamine. Sada nelikümmend nanogrammi antiprotone oleks Marsile lendamiseks täiesti piisav. Saak on see, et antimaterjali tekitamiseks ja hoidmiseks kulub veelgi rohkem energiat.
Antimaterjali kasutatakse aga juba praktikas, meditsiinis. Positronemissioontomograafiat kasutatakse diagnostikas onkoloogias, kardioloogias ja neuroloogias. Meetod põhineb positroni emissioonil laguneva aine kohaletoimetamisel konkreetsesse organisse. Näiteks võib transpordina toimida aine, mis seob hästi vähirakke. Soovitud piirkonnas moodustub suurenenud radioaktiivsete isotoopide kontsentratsioon ja sellest tulenevalt nende lagunemise positronid. Positronid hävivad kohe elektronidega. Ja hävitamise punkti saame gammakvantide registreerimisega üsna täpselt kindlaks määrata. Seega on positronemissioontomograafia abil võimalik tuvastada transpordiaine suurenenud kontsentratsioon kindlas kohas.
