10 Tények az antianyagról, amit talán mégsem tud (11 fotó)
Az antimatter már régóta tudományos fikció tárgyát képezi. A könyvben és a filmben "Angyalok és démonok", Langdon professzor megpróbálja megmenteni a Vatikánt egy antimatter bombából. A Star Trek Enterprise hajója antimatikus alapú motort használ a gyorsabb utazáshoz, mint a fény. De az antianyag szintén a valóságunk tárgya. Az antianyag részecskéi szinte megegyeznek anyagi partnereikkel, kivéve, hogy az ellentétes töltést és spinot hordozzák. Amikor az antimatter találkozik az anyaggal, azonnal megsemmisítik az energiát, és ez már nem fikció.
Bár az ugyanazon tüzelőanyagon alapuló antimatikus bombák és hajók még nem lehetségesek a gyakorlatban, sok antimatter tény létezik, amelyek meglepetést jelentenek Önnek, vagy lehetővé teszik, hogy frissítse azt, amit már tudott.
1. Az antimatternek meg kellett semmisítenie az összes anyagot az univerzumban az ősrobbanás után
Az elmélet szerint a Big Bang azonos mennyiségű anyagot és antimatrt hoz létre. Amikor találkoznak, ott kölcsönös megsemmisítés, megsemmisülés, és csak a tiszta energia marad. Ebből kiindulva nem létezne.
De létezünk. És ahogy a fizikusok is tudják, ez azért van, mert minden milliárd pár antimatter anyag esetében volt egy extra részecske az anyagban. A fizikusok megpróbálják a legjobban megmagyarázni ezt az aszimmetriát.
2. Az antimatter közelebb van hozzád, mint gondolná
A kis mennyiségű antimatrt az eső folyamatosan a Földre szállítja kozmikus sugarak formájában, a külső térből származó energia részecskékből. Ezek az antisztatikus részecskék elérték a légkört egy szinttel több mint száz négyzetméterre. A tudósok is bizonyítékokkal szolgálnak arra, hogy az antimatúra vihar közben születik.
Vannak olyan antisztatikus források is, amelyek közelebb vannak hozzánk. A banán például antianyagot állít elő, ami egy pozitron-antivestsvenny-egyenértékű elektron kibocsátását jelenti - körülbelül 75 percenként. Ennek oka, hogy a banán kis mennyiségű kálium-40-et tartalmaz, amely természetesen előfordul a kálium-izotópban. A kálium-40 bomlása során néha előfordul pozitron.
Szerveink kálium-40-et is tartalmaznak, ami azt jelenti, hogy positronokat is bocsátanak ki. Az antimatter azonnal megsemmisíti az anyaggal való érintkezést, így ezek az antimatter részecskék nem élnek nagyon hosszú ideig.
3. Az emberek sikerült elég sok antimattert létrehozni
Az antimatter és az anyag megsemmisítésének lehetősége nagy mennyiségű energiát szabadít fel. Egy gramm antimatter robbanást okozhat egy atombombának. Az emberek azonban nem termeltek sok antianyagot, így nem kell félni.
A Tevatron részecskegyorsítóban létrehozott antiprotonok a Fermi Laboratóriumban alig kapnak 15 nanogramot. A CERN-ben eddig csak körülbelül 1 nanogramot produkált. DESY Németországban - legfeljebb 2 nanogram positron.
Ha az ember által létrehozott minden antimárta azonnal megsemmisül, akkor az energia nem elegendő még egy csésze teát forrni sem.
A probléma az antianyag elleni termelés és tárolás hatékonysága és költsége. Az 1 gramm antimatúra létrehozása mintegy 25 millió milliárd kilowattóra energiát igényel, és több mint 1 milliárd dollárt költ. Nem meglepő, hogy az antimatter néha szerepel a világ tíz legdrágább anyagának listáján.
4. Olyan, mint az antimatter csapda
Annak ellenére, hogy ellenőrizni kell az antimatrt, meg kell akadályoznia az anyag megsemmisítését. A tudósok számos módot találtak erre.
Az antimatter feltöltött részecskéi, például a pozitronok és az antiprotonok, az úgynevezett Penning csapdákban tárolhatók. Olyanok, mint apró részecskegyorsítók. Bennük a részecskék spirálon mozognak, míg a mágneses és elektromos mezők megakadályozzák a csapdák falainak ütközését.
Azonban a Penning csapdák nem működnek semleges részecskékhez, mint például az antihidrogénhez. Mivel ezek nem töltődnek fel, ezek a részecskék nem korlátozódhatnak elektromos mezőre. Csapdába esnek Joffe csapdái, amelyek működnek, és olyan térséget hoznak létre, ahol a mágneses tér minden irányban nagyobb lesz. Antisztatikus részecskék ragadnak a leggyengébb mágneses térségben.
A Föld mágneses mezője az antimatter csapdájaként működhet. A Föld körül bizonyos zónákon antiprotonok találhatók - Van Allen sugárzószíjai.
5. Az antimír esik (a szó szó szerinti értelemben)
Az anyag és az antianyag részecskéinek egy tömege van, de különböznek olyan tulajdonságokban, mint az elektromos töltés és a centrifugálás. A standard modell azt jósolja, hogy a gravitációnak ugyanolyan hatással kell lennie az anyagokra és az antimatterre, de mégis bizonyosnak kell maradnia. Kísérletek, mint az AEGIS, az ALPHA és a GBAR dolgoznak ezzel kapcsolatban.
Figyelembe venni a gravitációs hatást az antianyag példájára, nem olyan könnyű, mint az alma esik a fáról. Ezek a kísérletek szükségessé teszik az antimatter megtartását a csapdán, vagy lassítják le azáltal, hogy az abszolút nulla fölötti hőmérsékletre hűtik. És mivel a gravitáció a leggyengébb az alapvető erőknek, a fizikusoknak semleges antimatter részecskéket kell használniuk e kísérletekben, hogy megakadályozzák az interakciót erősebb villamoserővel.
6. Az antimatrt részecskék retarderekben vizsgálják
Hallottál a részecskegyorsítókról, és hallottak a részecskék retardálóiról? A CERN-ben van egy gép, az Antiproton Decelerator, amelynek gyűrűjében az antiprotonok elfogódnak és lelassulnak a tulajdonságaik és viselkedésük tanulmányozásához.
A részecskegyorsítókban, mint például a Large Hadron Colliderben, a részecskék energia-emelést kapnak minden egyes alkalommal, amikor befejezik a kört. A retarderek ellentétes módon dolgoznak: a részecskék gyorsítása helyett az ellenkező irányba tolódnak.
7. A neutronok lehetnek saját anti-részecskék
Egyes radioaktív magok egyszerre bomlanak, két elektronot és két neutrínót kibocsátva. Ha a neutrínók saját antifehérjeik voltak, kettős bomlás után megsemmisítenének, és a tudósoknak csak az elektronokat kellene megfigyelniük.
8. Antisztatúra az orvostudományban
PET, PET (pozitív emissziós topográfia) pozitívumokat használ a nagy felbontású képek megjelenítéséhez. Pozitronokat kibocsátó sugárzási izotópok (például a banánban találhatóak) a testben jelen lévő glükózhoz hasonló vegyszerekhez kapcsolódnak. Bevezetik a véráramba, ahol természetes módon bomlanak ki, positronokat bocsátanak ki. Ezek pedig találkoznak a test elektronokkal és megsemmisítik. A megsemmisülés gamma-sugarakat generál, amelyeket egy kép készítésére használnak.
Az ACE kutatói a CERN-ben vizsgálják az antimatrt, mint potenciális jelöltet a rák kezelésére. Az orvosok már rájöttek, hogy a daganatok részecskéinek sugarait képesek irányítani, amelyek csak akkor adják ki energiájukat, ha biztonságosan átjutnak az egészséges szöveten. Az antiprotonok használata további energiafelvételt eredményez. Ezt a technikát elismerték a hörcsögök kezelésére, de még nem tesztelték emberben.
9. Az antimér az űrben rejtőzik
Az egyik módja annak, hogy a tudósok megpróbálják megoldani az anyag-antimatter aszimmetria problémáját, meg kell keresniük az ősrobbanás utáni antianyagot.
Az alfa mágneses spektrométer (AMS) egy részecske detektor, amely a Nemzetközi Űrállomáson található, és ilyen részecskéket keres. Az AMS olyan mágneses mezőket tartalmaz, amelyek elárasztják a kozmikus részecskék útját és az antimatterektől elválasztott anyagokat. Az érzékelőinek észlelnie és azonosítania kell az ilyen részecskéket, amint áthaladnak.
A kozmikus sugarak ütközése általában pozitronokat és antiprotonokat állít elő, de az antihelium atomjának kialakulásának valószínűsége rendkívül kicsi ahhoz, hogy ez a folyamat hatalmas energiát igényel. Ez azt jelenti, hogy az anti-gél legalább egy magjának megfigyelése erőteljes bizonyíték arra, hogy óriási mennyiségű antimatum van bárhol a világegyetemben.
10. Az emberek ténylegesen tanulmányozzák az űrhajó felszerelését az antianyaggal
Egy csomó antimatéria hatalmas mennyiségű energiát termelhet, ami népszerű tüzelőanyagot jelent a futurisztikus hajók számára a sci-fiban.
Hipotetikusan lehetséges egy rakéta mozgása az antimatterre; A legfőbb korlátozás az elegendő mennyiségű antimatter gyűjteménye annak érdekében, hogy ez végrehajtható legyen.
Eddig nem létezik olyan technológia, amely tömegtermelésre vagy antimattergyűjtésre szolgálna az ilyen felhasználáshoz szükséges mennyiségben. Ugyanakkor a tudósok munkálkodnak a mozgás utánozni és tárolják ezt a nagyon antimatrt. Ha egyszer megtaláljuk a módját, hogy nagy mennyiségű antimatert hozzunk létre, tanulmányaik segíthetnek a csillagközi utazásoknak a valóságba való átültetéshez.