10 Faktów, Których Możesz Nie Wiedzieć O Antymaterii - Alternatywny Widok

Spisu treści:

10 Faktów, Których Możesz Nie Wiedzieć O Antymaterii - Alternatywny Widok
10 Faktów, Których Możesz Nie Wiedzieć O Antymaterii - Alternatywny Widok

Wideo: 10 Faktów, Których Możesz Nie Wiedzieć O Antymaterii - Alternatywny Widok

Wideo: 10 Faktów, Których Możesz Nie Wiedzieć O Antymaterii - Alternatywny Widok
Wideo: 10 rzeczy, które nie wiedziałeś, że wynaleźli Polacy 2024, Marzec
Anonim

Antymateria od dawna jest przedmiotem science fiction. W książce i filmie Anioły i demony profesor Langdon próbuje ocalić Watykan przed bombą z antymaterii. Statek kosmiczny Star Trek Enterprise używa anihilującego silnika antymaterii, aby podróżować szybciej niż prędkość światła. Ale antymateria jest także przedmiotem naszej rzeczywistości. Cząsteczki antymaterii są praktycznie identyczne z ich materialnymi partnerami, z wyjątkiem tego, że mają przeciwny ładunek i spin. Kiedy antymateria napotyka materię, natychmiast unicestwia się w energię, a to już nie jest fikcja.

Chociaż bomby i statki na antymaterię oparte na tym samym paliwie nie są jeszcze możliwe w praktyce, istnieje wiele faktów na temat antymaterii, które Cię zaskoczą lub pozwolą odświeżyć pamięć o tym, co już wiedziałeś.

1. Antymateria miała zniszczyć całą materię we wszechświecie po Wielkim Wybuchu

Zgodnie z tą teorią Wielki Wybuch dał początek materii i antymaterii w równych ilościach. Kiedy się spotykają, następuje wzajemne unicestwienie, unicestwienie i pozostaje tylko czysta energia. Na tej podstawie nie powinniśmy istnieć.

Image
Image

Ale my istniejemy. O ile fizycy wiedzą, dzieje się tak, ponieważ na każdy miliard par materii i antymaterii przypadała jedna dodatkowa cząstka materii. Fizycy starają się jak najlepiej wyjaśnić tę asymetrię.

Film promocyjny:

2. Antymateria jest bliżej Ciebie niż myślisz

Niewielkie ilości antymaterii nieustannie opadają na Ziemię w postaci promieni kosmicznych, cząstek energii z kosmosu. Te cząsteczki antymaterii docierają do naszej atmosfery na poziomie od jednego do ponad stu na metr kwadratowy. Naukowcy mają również dowody na to, że podczas burzy powstaje antymateria.

Image
Image

Istnieją inne źródła antymaterii, które są nam bliższe. Na przykład banany wytwarzają antymaterię, emitując jeden pozyton - odpowiednik antymaterii elektronu - mniej więcej raz na 75 minut. Dzieje się tak, ponieważ banany zawierają niewielkie ilości potasu-40, naturalnie występującego izotopu potasu. Kiedy rozpada się potas-40, czasami rodzi się pozyton.

Nasze ciała zawierają również potas-40, co oznacza, że emitujesz również pozytony. Antymateria unicestwia natychmiast po kontakcie z materią, więc te cząsteczki antymaterii nie przetrwają zbyt długo.

3. Ludziom udało się stworzyć bardzo mało antymaterii

Anihilacja antymaterii i materii może uwolnić ogromne ilości energii. Gram antymaterii może wywołać wybuch wielkości bomby atomowej. Jednak ludzie nie wyprodukowali dużo antymaterii, więc nie ma się czego obawiać.

Image
Image

Wszystkie antyprotony utworzone w akceleratorze cząstek Tevatron w Fermi Laboratories będą ważyć zaledwie 15 nanogramów. Jak dotąd CERN wyprodukował tylko około 1 nanograma. Na DESY w Niemczech - nie więcej niż 2 nanogramy pozytonów.

Jeśli cała antymateria stworzona przez człowieka zostanie natychmiast unicestwiona, jej energia nie wystarczy nawet do zagotowania filiżanki herbaty.

Problem tkwi w wydajności i kosztach produkcji i przechowywania antymaterii. Stworzenie 1 grama antymaterii wymaga około 25 milionów miliardów kilowatogodzin energii i kosztuje ponad milion miliardów dolarów. Nic dziwnego, że antymateria jest czasami wymieniana jako jedna z dziesięciu najdroższych substancji na naszym świecie.

4. Istnieje coś takiego jak pułapka na antymaterię

Aby badać antymaterię, musisz zapobiec jej anihilacji z materią. Naukowcy znaleźli na to kilka sposobów.

Naładowane cząsteczki antymaterii, takie jak pozytony i antyprotony, mogą być przechowywane w tak zwanych pułapkach Penninga. Są jak małe akceleratory cząstek. Wewnątrz nich cząsteczki poruszają się spiralnie, podczas gdy pola magnetyczne i elektryczne zapobiegają zderzaniu się ich ze ścianami pułapki.

Image
Image

Jednak pułapki Penninga nie działają w przypadku neutralnych cząstek, takich jak przeciwwodór. Ponieważ nie mają ładunku, cząstki te nie mogą być ograniczone do pól elektrycznych. Są uwięzieni w pułapkach Ioffe, które działają, tworząc obszar przestrzeni, w którym pole magnetyczne zwiększa się we wszystkich kierunkach. Cząsteczki antymaterii utknęły w obszarze o najsłabszym polu magnetycznym.

Ziemskie pole magnetyczne może działać jak pułapka na antymaterię. Antyprotony znaleziono w pewnych strefach wokół Ziemi - pasach radiacyjnych Van Allena.

5. Antymateria może spaść (w dosłownym tego słowa znaczeniu)

Cząstki materii i antymaterii mają tę samą masę, ale różnią się właściwościami, takimi jak ładunek elektryczny i spin. Model Standardowy przewiduje, że grawitacja powinna działać w równym stopniu na materię i antymaterię, ale to się okaże na pewno. Pracują nad tym eksperymenty takie jak AEGIS, ALPHA i GBAR.

Image
Image

Obserwowanie efektu grawitacji na przykładzie antymaterii nie jest tak proste, jak patrzenie na jabłko spadające z drzewa. Te eksperymenty wymagają uwięzienia antymaterii lub spowolnienia jej poprzez schłodzenie do temperatury nieco powyżej zera absolutnego. A ponieważ grawitacja jest najsłabszą z podstawowych sił, fizycy muszą w tych eksperymentach używać neutralnych cząstek antymaterii, aby zapobiec oddziaływaniu z silniejszą siłą elektryczną.

6. Antymateria jest badana w moderatorach cząstek

Czy słyszałeś o akceleratorach cząstek i czy słyszałeś o spowolnieniu cząstek? W CERN jest maszyna zwana Antiproton Decelerator, w której antyprotony są wychwytywane i spowalniane w celu zbadania ich właściwości i zachowania.

Image
Image

W pierścieniowych akceleratorach cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, cząstki otrzymują doładowanie energetyczne za każdym razem, gdy zamykają koło. Opóźniacze działają w odwrotny sposób: zamiast przyspieszać cząstki, są wypychane w przeciwnym kierunku.

7. Neutrina mogą być swoimi własnymi antycząstkami

Cząstka materii i jej antymaterialny partner mają przeciwne ładunki, co ułatwia ich rozróżnianie. Neutrina, prawie bezmasowe cząstki, które rzadko oddziałują z materią, nie mają ładunku. Naukowcy uważają, że mogą to być cząstki Majorany, hipotetyczna klasa cząstek, które są ich własnymi antycząstkami.

Image
Image

Projekty takie jak Majorana Demonstrator i EXO-200 mają na celu ustalenie, czy neutrina są rzeczywiście cząsteczkami Majorany poprzez obserwację zachowania tzw. Podwójnego rozpadu beta bez neutrin.

Niektóre radioaktywne jądra rozpadają się jednocześnie, emitując dwa elektrony i dwa neutrina. Gdyby neutrina były ich własnymi antycząstkami, po podwójnym rozpadzie uległyby anihilacji, a naukowcy musieliby jedynie obserwować elektrony.

Poszukiwanie neutrin Majorany może pomóc wyjaśnić, dlaczego istnieje asymetria materia-antymateria. Fizycy sugerują, że neutrina Majorany mogą być ciężkie lub lekkie. Płuca istnieją w naszych czasach, a ciężkie zaraz po Wielkim Wybuchu. Ciężkie neutrina Majorany rozpadały się asymetrycznie, prowadząc do pojawienia się niewielkiej ilości materii, która wypełniła nasz wszechświat.

8. Antymateria znajduje zastosowanie w medycynie

PET, PET (Positron Emission Topography) wykorzystuje pozytony do tworzenia obrazów ciała o wysokiej rozdzielczości. Izotopy promieniotwórcze emitujące pozytony (takie jak te, które znaleźliśmy w bananach) przyłączają się do substancji chemicznych, takich jak glukoza w organizmie. Są wstrzykiwane do krwiobiegu, gdzie naturalnie rozkładają się, emitując pozytony. Te z kolei spotykają się z elektronami ciała i anihilują. Anihilacja wytwarza promienie gamma, które są używane do tworzenia obrazu.

Image
Image

Naukowcy z projektu ACE w CERN badają antymaterię jako potencjalnego kandydata do leczenia raka. Lekarze już odkryli, że mogą kierować wiązki cząstek w kierunku guzów, emitując swoją energię dopiero po bezpiecznym przejściu przez zdrową tkankę. Używanie antyprotonów doda dodatkowej energii. Wykazano, że ta technika jest skuteczna w leczeniu chomików, ale nie została jeszcze przetestowana na ludziach.

9. W kosmosie może czaić się antymateria

Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy próbują rozwiązać problem asymetrii materii-antymaterii, jest poszukiwanie antymaterii pozostałej po Wielkim Wybuchu.

Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) to detektor cząstek znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i poszukujący takich cząstek. AMS zawiera pola magnetyczne, które zakrzywiają drogę cząstek kosmicznych i oddzielają materię od antymaterii. Jego detektory muszą wykrywać i identyfikować przechodzące cząstki.

Image
Image

Zderzenia promieni kosmicznych zwykle wytwarzają pozytony i antyprotony, ale szanse na utworzenie atomu przeciwbłonowego pozostają niezwykle niskie ze względu na ogromną ilość energii wymaganej do tego procesu. Oznacza to, że obserwacja przynajmniej jednego jąderka antybłonka byłaby potężnym dowodem na istnienie gigantycznych ilości antymaterii w innych miejscach we Wszechświecie.

10. Ludzie faktycznie uczą się, jak wyposażyć statki kosmiczne w paliwo antymaterii, Bardzo mała ilość antymaterii może generować ogromne ilości energii, co czyni ją popularnym paliwem dla futurystycznych statków science fiction.

Napęd rakietowy na antymaterię jest hipotetycznie możliwy; głównym ograniczeniem jest zgromadzenie wystarczającej ilości antymaterii, aby tak się stało.

Image
Image

Nie ma jeszcze technologii do masowej produkcji lub gromadzenia antymaterii w ilościach wymaganych do takiego zastosowania. Jednak naukowcy pracują nad imitacją takiego ruchu i przechowywania tej właśnie antymaterii. Pewnego dnia, jeśli uda nam się znaleźć sposób na produkcję dużych ilości antymaterii, ich badania mogą pomóc w urzeczywistnieniu podróży międzygwiezdnych.

Na podstawie materiałów z symmetrymagazine.org

ILYA KHEL