Hvordan fly til Mars om en måned? For å gjøre dette, må du gi romskipet et godt løft. Akk, det beste drivstoffet som er tilgjengelig for mennesker - kjernefysisk gir en spesifikk impuls på 3000 sekunder, og flyreisen strekker seg i mange måneder. Er det ikke noe mer energisk for hånden? Teoretisk er det: termonukleær fusjon; det gir en impuls på hundretusener av sekunder, og bruk av antimaterie vil gi en impuls på millioner av sekunder.
Antimateriekjerner er bygd av antinukleoner og det ytre skallet består av positroner. På grunn av invariansen i den sterke interaksjonen med hensyn til ladningskonjugering (C-invarians), har antinuclei samme masse og energispekter som kjerner, som består av de tilsvarende nukleonene, og atomer av antimaterie og materie må ha identisk struktur og kjemiske egenskaper, med ett enkelt HO, kollisjonen av et objekt, bestående av materie, med et gjenstand av antimateriell fører til utslettelse av partikler og antipartikler inkludert i deres sammensetning.
Ødeleggelsen av langsomme elektroner og positroner fører til dannelse av gamma quanta, og utslettet av langsomme nukleoner og antinukleoner fører til dannelse av flere pi-mesoner. Som et resultat av påfølgende forfall av mesoner dannes hard gammastråling med en energi av gamma quanta på mer enn 70 MeV.
Antielektroner (positroner) ble spådd av P. Dirac, og deretter eksperimentelt oppdaget i "dusjer" av P. Anderson, som ikke en gang visste om Diracs spådom på det tidspunktet. Denne oppdagelsen ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1936. Antiproton ble oppdaget i 1955 på Bevatron i Berkeley, som også ble tildelt Nobelprisen. I 1960 ble en antineutron oppdaget der. Med igangkjøring av Serpukhov-akseleratoren klarte også fysikerne våre å komme foran på noen måter - i 1969 ble det oppdaget antiheliumkjerner der. Men antomerets atomer kunne ikke oppnås. For å være ærlig har antipartikler under hele eksistensen av akseleratorer fått ubetydelige mengder - alle antiprotoner som er syntetisert på CERN om et år, vil være nok til å betjene en elektrisk pære i flere sekunder.
Den første meldingen om syntese av ni atomer av antimateria - antihydrogen innenfor rammen av ATRAP-prosjektet (CERN) dukket opp i 1995. Etter å ha eksistert i omtrent 40 ns, døde disse enkeltatomene, og frigjorde den foreskrevne mengden stråling (som ble registrert). Målene var klare og rettferdiggjorte innsatsen, oppgavene ble bestemt, og i 1997 nær Genève, takket være internasjonal økonomisk bistand, begynte CERN byggingen av en desselerator (la oss ikke oversette den med dissonant ekvivalent "hemmer"), noe som gjorde det mulig å bremse ("kule") antiprotoner tilbake i ti millioner ganger i løpet av 1995-installasjonen. Denne enheten, kalt Antiproton Moderator (AD), gikk i drift i februar 2002.
Oppsettet - etter at antiprotonene har forlatt den senkende ringen - består av fire hoveddeler: en felle for å fange antiprotons, en positron lagringsring, en blandefelle og en antihydrogen detektor. Antiproton-fluksen retarderes først ved mikrobølgestråling, deretter avkjøles som et resultat av varmeveksling med en strøm av lavenergi-elektroner, hvoretter den faller i en felle - en mikser, der den er ved en temperatur på 15 K. Positronlagringsenheten bremser suksessivt opp, fanger opp og akkumulerer positroner fra en radioaktiv kilde; omtrent halvparten av dem faller i en blandefelle, hvor de i tillegg blir avkjølt av synkrotronstråling. Alt dette er nødvendig for å øke sannsynligheten for dannelse av antihydrogenatomer betydelig.
På Antiproton Moderator startet en tøff konkurranse mellom to grupper forskere, deltakere i ATHENA-eksperimentene (39 forskere fra forskjellige land i verden) og ATRAP.
I Nature 2002, bind 419, s. 439, ibid s. 456) publisert 3. oktober 2002, hevdet ATHENA-eksperimentet at de hadde klart å skaffe 50 000 antimateriale atomer - antihydrogen. Tilstedeværelsen av antimaterielle atomer ble registrert på tidspunktet for deres utslettelse, noe som ble bevist av krysset på ett punkt av sporene til to harde kvanta dannet under elektron-positron utslettelse, og spor av pioner oppnådd under utslettelse av et antiproton og et proton. Det første "portrettet" av antimaterie (foto i begynnelsen) ble oppnådd - et datamaskinbilde syntetisert fra slike punkter. Siden bare atomene som "gled" ut av fellen ble utslettet (og det bare var 130 av dem som var pålitelig talt), skaper de erklærte 50 000 antihydrogenatomer bare en usynlig bakgrunn av "portrettet".
Salgsfremmende video:
Problemet er at antihydrogen-utslettelse ble registrert mot en generell, sterkere bakgrunn av positron- og antiproton-utslettelse. Dette forårsaket naturlig nok en sunn skepsis blant kolleger fra det tilstøtende konkurrerende prosjektet ATRAP. De på sin side, med syntetisert antihydrogen på samme anlegg, var i stand til å registrere antihydrogenatomer ved hjelp av komplekse magnetiske feller uten noe bakgrunnssignal. De antihydrogenatomer som ble dannet i eksperimentet, ble elektrisk nøytrale og i motsetning til positroner og antiprotoner kunne fritt forlate området hvor ladede partikler ble holdt. Det var der, uten bakgrunn, at de ble registrert.
Det er anslått at omtrent 170 000 antihydrogenatomer ble dannet i fellen, som forskerne rapporterte i en artikkel publisert i Physical Review Letters.
Og dette er allerede en suksess. Nå kan den mottatte mengden antihydrogen være nok til å studere dens egenskaper. For antihydrogenatomer foreslås det for eksempel å måle frekvensen av den 1s-2s elektroniske overgangen (fra grunntilstanden til den første eksiterte tilstanden) ved hjelp av høyoppløselig laserspektroskopimetode. (Hyppigheten av denne overgangen i hydrogen er kjent med en nøyaktighet på 1,8 - 10–14 - det er ikke for ingenting at hydrogenmassen anses som en frekvensstandard.) I følge teorien skal de være de samme som i vanlig hydrogen. Hvis for eksempel absorpsjonsspekteret viser seg å være annerledes, må du gjøre justeringer av de grunnleggende fundamentene i moderne fysikk.
Men interessen for antimaterie - antimaterie er på ingen måte rent teoretisk. En antimateriell motor kan for eksempel fungere som følger. Først lages to skyer med flere billioner antiprotoner, som holdes i å berøre materie av en elektromagnetisk felle. Deretter injiseres en 42-nanogram partikkel drivstoff mellom dem. Det er en uran-238 kapsel som inneholder en blanding av deuterium og helium-3, eller deuterium og tritium.
Antiprotons utslettes øyeblikkelig med urankjerner og får dem til å råtne ned i fragmenter. Disse fragmentene, sammen med den resulterende gamma quanta, varmer opp innsiden av kapselen så mye at en termonukleær reaksjon begynner der. Produktene, som har enorm energi, akselereres enda mer av magnetfeltet og slipper ut gjennom motorens dyse, noe som gir romskipet uhørt drivkraft.
Når det gjelder flyreisen til Mars om en måned, anbefaler amerikanske fysikere å bruke en annen teknologi for det - kjernefysjon katalysert av antiprotoner. Da vil hele flyturen kreve 140 nanogram antiprotons, ikke tellende radioaktivt drivstoff.
Nye målinger utført ved Stanford Research Center (California), der en lineær partikkelakselerator er installert, har gjort det mulig for forskere å gjøre fremskritt med å svare på spørsmålet om hvorfor materien råder over antimateriell i universet.
Resultatene fra eksperimentet bekrefter de tidligere antagelsene om utviklingen av en ubalanse mellom disse motsatte enhetene. Forskere sier imidlertid at studiene som er utført har stilt flere spørsmål enn svar: eksperimenter med en akselerator kan ikke gi en fullstendig forklaring på hvorfor det er så mye stoff i rommet - milliarder av galakser fylt med stjerner og planeter.
Forskere som arbeidet med gasspedalen, målte en parameter kjent som sinusen til to beta (0,74 pluss eller minus 0,07). Denne indikatoren reflekterer graden av asymmetri mellom materie og antimaterie.
Som et resultat av Big Bang, burde den samme mengden materie og antimaterie ha blitt dannet, som deretter utslettet og etterlot ikke annet enn energi. Universet vi observerer er imidlertid udiskutable bevis på seiersmakten over antimatter.
For å forstå hvordan dette kunne skje, så fysikere på en effekt som ble kalt brudd på likestilling. For å observere denne effekten studerte forskere B-mesoner og anti-B-mesoner, partikler med svært kort levetid - billioner sekund.
Forskjellene i oppførselen til disse absolutt motsatte partiklene viser forskjellene mellom materie og antimaterie og forklarer delvis hvorfor den ene råder over den andre. Millionene av B-mesoner og anti-B-mesoner som kreves for eksperimentet ble dannet som et resultat av kollisjoner i gasspedalen i strålene til elektroner og positroner. De første resultatene, som ble oppnådd tilbake i 2001, viser tydelig et brudd på likheten i avgiftene for B-mesoner.
"Dette var en viktig oppdagelse, men det må fortsatt samles inn mye data for å validere sinusen til to beta som en grunnleggende konstant i kvantefysikken," sa Stewart Smith fra Princeton University. "De nye resultatene ble kunngjort etter tre år med intensiv forskning og analyse av 88 millioner hendelser."
De nye målingene stemmer overens med den såkalte "standardmodellen", som beskriver elementære partikler og deres interaksjoner. Den bekreftede graden av brudd på likheten av anklagene i seg selv er ikke tilstrekkelig til å forklare ubalansen mellom materie og antimaterie i universet.
"Tilsynelatende, i tillegg til ulikheten i anklagene, skjedde det noe annet som forårsaket overvekt av materie til stjerner, planeter og levende organismer," kommenterte Hassan Jawahery, en medarbeider ved University of Maryland. "I fremtiden kan vi kanskje forstå disse skjulte prosessene og svar på spørsmålet om hva som brakte universet til sin nåværende tilstand, og dette vil være den mest spennende oppdagelsen."
