Universets objekter - galakser, stjerner, kvasarer, planeter, supernovaer, dyr og mennesker - er sammensatt av materie. Det er dannet av forskjellige elementære partikler - kvarker, leptoner, bosoner. Men det viste seg at det er partikler der den ene delen av kjennetegnene helt sammenfaller med parameterne til "originalen", og den andre har motsatte verdier. Denne egenskapen fikk forskere til å gi samlingen av slike partikler det generelle navnet "antimatter".
Det ble også klart at det å studere dette mystiske stoffet er mye vanskeligere enn å registrere. Antipartikler i stabil tilstand har ennå ikke blitt funnet i naturen. Problemet er at materie og antimateriell ødelegger (gjensidig utsletter hverandre) ved "kontakt". Det er fullt mulig å få antimaterie i laboratorier, selv om det er ganske vanskelig å inneholde det. Så langt har forskere kunnet gjøre dette bare noen få minutter.
I følge teorien skal Big Bang ha produsert samme antall partikler og antipartikler. Men hvis materie og antimateriell ødelegger med hverandre, så burde de ha sluttet å eksistere samtidig. Hvorfor eksisterer universet?
“For mer enn 60 år siden sa teorien at alle egenskapene til partikler sammenfaller med egenskapene til vanlige partikler i speilreflektert rom. I første halvdel av 60-tallet ble det imidlertid oppdaget at i noen prosesser denne symmetrien ikke er tilfreds. Siden den gang er det laget mange teoretiske modeller, dusinvis av eksperimenter er blitt utført for å forklare dette fenomenet. Nå er de mest utviklede teoriene at forskjellen i mengde materie og antimateriale er assosiert med den såkalte brudd på CP-symmetri (fra ordene ladning - "ladning" og paritet - "paritet"). Men ingen vet ennå et pålitelig svar på spørsmålet om hvorfor det er mer materie enn antimaterie,”forklarer Alexey Zhemchugov, førsteamanuensis ved Institutt for grunnleggende og anvendte fysikkproblemer i Microworld ved Moskva institutt for fysikk og teknologi.
Antimaterias historie begynte med bevegelsesligningen for elektronet, som hadde løsninger der den hadde negativ energi. Siden forskere ikke kunne forestille seg den fysiske betydningen av negativ energi, oppfant de et elektron med en positiv ladning, og kalte det "positron".
Han ble den første eksperimentelt oppdagede antipartikkelen. Installasjon, som registrerte kosmiske stråler, viste at banen til bevegelse av noen partikler i et magnetfelt ligner banen til et elektron - bare de avbøyes i motsatt retning. Så ble meson-antimeson-paret oppdaget, antiproton og antineutron ble registrert, og da kunne forskere syntetisere antihydrogen og antiheliumkjernen.
Bane for bevegelse av et elektron og en positron i et magnetfelt / Illustrasjon av RIA Novosti. Alina Polyanina
Hva betyr alle disse "anti"? Vi bruker vanligvis dette prefikset for å betegne det motsatte fenomenet. Når det gjelder antimaterie - det kan inkludere analoger av elementære partikler som har motsatt ladning, magnetisk moment og noen andre egenskaper. Selvfølgelig kan ikke alle partikkelenes egenskaper reverseres. For eksempel skal masse og levetid alltid forbli positiv, med fokus på dem, kan partikler tilskrives en kategori (for eksempel protoner eller nøytroner).
Salgsfremmende video:
Hvis vi sammenligner et proton og et antiproton, er noen av deres egenskaper de samme: massen til begge deler er 938,2719 (98) megaelektronvolt, spin ½ (spinn kalles det indre vinkelmomentet til en partikkel, som kjennetegner dens rotasjon, mens selve partikkelen er i ro). Men den elektriske ladningen til protonet er 1, og antiprotonet har minus 1, baryontallet (det bestemmer antall sterkt samvirkende partikler bestående av tre kvarker) er henholdsvis 1 og minus 1.
Proton og antiproton / Illustrasjon av RIA Novosti. Alina Polyanina
Noen partikler, for eksempel Higgs boson og foton, har ingen anti-analoger og kalles sant nøytral.
De fleste antipartikler, sammen med partikler, vises i en prosess som kalles sammenkobling. Dannelsen av et slikt par krever høy energi, det vil si enorm hastighet. I naturen oppstår antipartikler når kosmiske stråler kolliderer med jordas atmosfære, inne i massive stjerner, ved siden av pulsarer og aktive galaktiske kjerner. Forskere bruker kollider-akseleratorer for dette.
Akselererende seksjon av Large Hadron Collider, hvor partikler er akselerert / Photo: CERN
Studiet av antimaterie har praktiske anvendelser. Poenget er at utslettelse av materie og antimaterie genererer høyenergi-fotoner. La oss si at vi tar en bank med protoner og antiprotoner og begynner gradvis å frigjøre dem mot hverandre gjennom et spesielt rør, bokstavelig talt en om gangen. Utslettelse av en kilo antimaterie frigjør samme mengde energi som å brenne 30 millioner fat olje. Hundre og førti nanogram antiprotoner ville være ganske nok for en flytur til Mars. Fangsten er at det tar enda mer energi å generere og holde antimateria.
Imidlertid brukes antimateria allerede i praksis, innen medisin. Positronemisjonstomografi brukes til diagnostikk innen onkologi, kardiologi og nevrologi. Metoden er basert på levering av materie som råtner med utslipp av en positron til et spesifikt organ. For eksempel kan et stoff som binder godt til kreftceller fungere som en transport. I det ønskede området dannes en økt konsentrasjon av radioaktive isotoper og følgelig positroner fra deres forfall. Positronene utslettes øyeblikkelig med elektroner. Og vi kan ganske fikse poenget med utslettelse ved å registrere gamma quanta. Med hjelp av positronemisjonstomografi er det således mulig å oppdage en økt konsentrasjon av transportstoffet på et bestemt sted.
