Антиматерия уже несколько десятилетий восхищает ученых и любителей научной фантастики. Хотя она обладает необычными свойствами и способна произвести революцию в различных областях, есть одна проблема, которая мешает ученым уже много лет – антиматерия невероятно недолговечна.
Почему же ученые продолжают создавать то, что исчезает практически мгновенно?
В 1928 году физик Поль Дирак предложил идею, согласно которой для каждой частицы материи во Вселенной должен существовать аналог антиматерии.
Содержание
Однако вскоре после Большого взрыва произошло загадочное космическое событие, в результате которого большая часть антиматерии исчезла, оставив после себя менее 5% материи, из которой состоит и состоит теперь наша Вселенная.
Введение в антиматерию
Согласно современной физике, каждая частица материи имеет соответствующую античастицу. Например, античастица электрона называется позитроном, который несет положительный заряд.
Когда частицы материи и антиматерии встречаются, они аннигилируют друг с другом, выделяя при этом энергию.
Эта аннигиляция в математических терминах описывается знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc², где E – энергия, m – масса, а c – скорость света. Результатом этого уравнения является невероятно эффективный выброс энергии.
Выделение энергии при аннигиляции материи и антиматерии намного мощнее, чем все, что можно получить в результате химических реакций, ядерного деления или даже ядерного синтеза. Это источник энергии будущего, на котором строится бесчисленное множество историй (в кино, разумеется) – от двигателей космических кораблей до абсолютного источника энергии.
Теоретически, крошечное количество антиматерии может производить огромное количество энергии, что потенциально может изменить правила игры в освоении космоса и производстве энергии на Земле.
Странный случай антиводорода
Самый простой атом во Вселенной – это водород, состоящий из одного протона и вращающегося по орбите электрона. Аналогом этого фундаментального элемента является антиводород – нейтральный атом, состоящий из положительно заряженного позитрона, вращающегося вокруг отрицательно заряженного антипротона.
В 1995 году физики из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) достигли революционной вехи, успешно создав первые атомы антиводорода.
Это было достигнуто с помощью Антипротонного кольца низкой энергии (LEAR) в ЦЕРНе. В ходе процесса энергичные антипротоны сталкиваются с тяжелыми атомными ядрами, в результате чего образуются электрон-позитронные пары.
После создания настоящего куска антивещества его удержание в течение более длительных периодов времени было важной задачей для ученых. Было сложно, но необходимо сохранить его для эффективного изучения поведения этой античастицы.
Решение проблемы пришло в виде антипротонного замедлителя, созданного в ЦЕРНе в конце 1990-х годов, который обеспечил более медленные и низкоэнергетичные антипротоны для экспериментов с антивеществом. Кремниевые детекторы используются для обнаружения и локализации сильных всплесков энергии, подтверждающих наличие антиводорода в ловушке.
Одной из основных задач эксперимента ALPHA, проведенного в ЦЕРНе в 2011 году, было точное сравнение водорода и антиводорода, чтобы определить, имеют ли они одинаковые спектральные линии, что является критической проверкой фундаментальной симметрии между материей и антиматерией.
Для этого ученые успешно хранили атомы антивещества в течение 16 минут. Благодаря новой возможности удерживать антиводород в ловушке в течение длительного времени, у исследователей появился шанс более детально изучить его свойства.
Еще одно исследование – эксперимент AEGIS – направлено на измерение постоянной гравитационного ускорения (g), которое испытывают атомы антиводорода. Эти и другие эксперименты способны раскрыть тайны, связанные с антивеществом.
Итак, если антивещество так сложно создать и хранить, почему ученые упорно продолжают свои попытки?
Ответ кроется в стремлении к знаниям и ответам на фундаментальные вопросы о Вселенной. Антиматерия – это не просто потенциальный источник энергии; это фундаментальный аспект физики частиц и космологии. Она позволяет понять симметрию между материей и антиматерией, а также разгадать вечную загадку, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии.
Читайте также: 10 самых загадочных открытых вопросов в науке