Az antianyag már régóta a tudományos fantastika tárgya. Az Angyalok és démonok című könyvben és filmben Langdon professzor megpróbálja megmenteni a Vatikánt egy antianyag-bombától. A Star Trek űrhajó Enterprise egy pusztító hatású antianyag-motort használ, hogy gyorsabban haladjon, mint a fénysebesség. De az antianyag a valóságunk tárgya is. Az antianyag részecskék gyakorlatilag azonosak az anyagpartnereikkel, azzal a különbséggel, hogy ellenkező töltéssel és centrifugával rendelkeznek. Amikor az antianyag találkozik az anyaggal, azonnal energiává romlik, és ez már nem fikció.
Noha a gyakorlatban még nem lehetséges az ugyanazon tüzelőanyag alapú bombák bombái és hajók, sok tény található az antianyagról, amelyek meglephetnek, vagy lehetővé teszik, hogy felfrissítse emlékeit arról, amit már ismert.
1. Az antianyagnak a nagy robbanás után az univerzumban minden anyagot el kellett volna pusztítania
Az elmélet szerint a Nagyrobbanás azonos mennyiségben hozta létre az anyagot és az antimateriakat. Amikor találkoznak, kölcsönös megsemmisülés, megsemmisülés történik, és csak tiszta energia marad meg. Ennek alapján nem szabad léteznünk.
De létezünk. És amennyire a fizikusok tudják, ez azért van, mert minden milliárd anyag-antianyag-páron volt egy extra anyagrészecske. A fizikusok mindent megtesznek, hogy megmagyarázzák ezt az aszimmetriát.
Promóciós videó:
2. Az antianyag közelebb áll hozzád, mint gondolnád
Kis mennyiségű antianyag folyamatosan esik le a Földön kozmikus sugarak, energiarészecskék formájában az űrből. Ezek az antianyag részecskék négyzetméterenként egytől több mint százig terjedő szinten érik el a légkört. A tudósoknak bizonyítékuk van arra is, hogy vihar idején antianyag keletkezik.
Vannak más olyan antianyag-források is, amelyek közelebb állnak hozzánk. Például a banán antianyagot hoz létre azáltal, hogy körülbelül 75 percenként egy pozitron - egy elektron antianyag-egyenértékének - kibocsátásával jár. Ennek oka az, hogy a banán kis mennyiségben tartalmaz kálium-40-et, a kálium természetben előforduló izotópját. Amikor a kálium-40 bomlik, néha pozitron alakul ki.
A testünk kálium-40-et is tartalmaz, vagyis pozitronokat bocsát ki Önnek. Az antianyag az anyaggal való érintkezéskor azonnal megsemmisül, tehát ezek az antianyag részecskék nem tartanak sokáig fenn.
3. Az embereknek nagyon kevés antimattermet sikerült létrehozniuk
Az antianyag és az anyag megsemmisítése óriási mennyiségű energiát bocsáthat ki. Egy gramm antianyag képes egy atombomba méretű robbanást eredményezni. Az emberek azonban nem hoztak sok antianyagot, tehát nincs mitől félni.
A Fermi laboratóriumokban a Tevatron részecskegyorsítón létrehozott összes antiproton alig 15 nanogrammot vesz fel. A CERN eddig csak körülbelül 1 nanogramot termelt. A német DESY-nál - legfeljebb 2 nanogramm pozitronok.
Ha az emberek által létrehozott összes antianyag azonnal elpusztul, akkor az energiája nem lesz elegendő egy csésze tea forralásához.
A probléma az antianyag előállításának és tárolásának hatékonyságában és költségeiben rejlik. 1 gramm antianyag létrehozásához kb. 25 millió milliárd kilowattóra energia szükséges, és több mint egymilliárd milliárd dollárba kerül. Nem meglepő, hogy az antianyagot a világ tíz legdrágább anyagának egyikébe sorolják.
4. Van olyan dolog, mint egy antianyag csapda
Az antianyag tanulmányozásához meg kell akadályozni, hogy az anyag megsemmisüljön. A tudósok számos módszert találtak erre.
A töltött antianyag részecskék, például a pozitronok és az antiprotonok úgynevezett Penning-csapdákban tárolhatók. Olyanok, mint egy apró részecskegyorsító. Benne a részecskék spirálisan mozognak, miközben a mágneses és az elektromos mezők megakadályozzák, hogy ütközzenek a csapda falaival.
A Penning-csapdák azonban nem működnek semleges részecskéknél, például az antihidrogénnél. Mivel nincs töltésük, ezek a részecskék nem korlátozódhatnak elektromos mezőkre. Csapdába esnek az Ioffe csapdáiban, amelyek úgy működnek, hogy olyan helyet hoznak létre, ahol a mágneses mező minden irányban nagyobb lesz. Az antianyag részecskék elakadnak a leggyengébb mágneses mezővel rendelkező területen.
A Föld mágneses mezője csapdákként szolgálhat az antianyag számára. A föld körüli bizonyos zónákban - a Van Allen sugárzási övekben - antipotonokat találtak.
5. Az antianyag leeshet (a szó szó szerinti értelmében)
Az anyag részecskék és az antianyag azonos tömegű, de tulajdonságaikban különböznek, mint például az elektromos töltés és a centrifugálás. A standard modell azt jósolja, hogy a gravitációnak ugyanolyan módon kell viselkednie az anyagokra és az antianyagokra, ám ezt továbbra is biztosan látni kell. Az AEGIS, az ALPHA és a GBAR, mint például a kísérletek dolgoznak ezen.
A gravitációs hatás megfigyelése az antianyag példáján nem olyan egyszerű, mintha egy fáról eső alma lenne. Ezek a kísérletek megkövetelik az antianyag becsapását vagy lelassítását az abszolút nulla feletti hőmérsékletre történő lehűtéssel. Mivel a gravitáció az alapvető erők közül a leggyengébb, a fizikusoknak semleges antianyag-részecskéket kell használniuk ezekben a kísérletekben, hogy megakadályozzák a villamos energia erősebb erőivel való kölcsönhatást.
6. Az antianyagot részecske moderátorokban tanulmányozták
Hallottál már a részecskegyorsítókról és a részecske-lassítókról? A CERN-nél van egy Antiproton Decelerator nevû gép, amelyben az antiprotonokat elfogják és lelassítják tulajdonságaik és viselkedésük tanulmányozására.
A gyűrűs részecskegyorsítókban, mint például a Nagy hadron-ütköző, a részecskék minden egyes energiánál lendületet kapnak, amikor egy kört kitöltenek. A retarderek ellentétesen működnek: a részecskék felgyorsítása helyett az ellenkező irányba tolják őket.
7. A neutrinok lehetnek a saját részecskék
Az anyagrészecske és annak antimaterális partnere ellentétes töltéseket hordoz, ami megkönnyíti a megkülönböztetést közöttük. A neutrinók, szinte tömeg nélküli részecskék, amelyek ritkán lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, nem töltöttek. A tudósok úgy vélik, hogy lehetnek Majorana részecskék, egy hipotetikus részecskeosztály, amelyek a maguk ellenálló részecskéi.
Az olyan projektek, mint a Majorana Demonstrator és az EXO-200, célja annak meghatározása, hogy a neutrinók valóban majorana részecskék vannak-e, megfigyelve úgynevezett neutrinoless kettős béta-bomlás viselkedését.
Néhány radioaktív mag egyszerre bomlik, két elektronot és két neutrinot bocsátva ki. Ha a neutrinók saját részecskék lennének, akkor kettős bomlás után pusztulnak el, és a tudósoknak csak az elektronokat kell megfigyelniük.
A Majorana neutrinók keresése segíthet megmagyarázni, hogy miért létezik az anyag-antianyag aszimmetria. A fizikusok azt sugallják, hogy a majorana neutrinók nehéz vagy könnyűek lehetnek. A tüdő a korunkban létezik, a nehéz tünetek pedig a Nagyrobbanás után azonnal léteztek. A nehéz majorana neutrinók aszimmetrikusan bomlanak le, ami egy apró mennyiségű anyag megjelenéséhez vezetett, amely tele volt univerzumunkkal.
8. Az antianyagot a gyógyászatban használják
A PET, a PET (Positron Emission Topography) pozitronokat használ nagy felbontású testképek készítéséhez. A pozitronokat kibocsátó radioaktív izotópok (mint amilyeneket banánban találtunk) olyan testhez kapcsolódnak, mint a test glükóz. Azokat a véráramba fecskendezik be, ahol természetesen bomlanak, pozitronokat bocsátanak ki. Ezek viszont találkoznak a test elektronjaival és megsemmisülnek. A megsemmisítés gamma-sugarakat eredményez, amelyeket egy kép készítéséhez használnak.
A CERN ACE projektjének tudósai az antianyagot vizsgálják a rákkezelés lehetséges jelöltjeként. Az orvosok már rájöttek, hogy a daganatok felé irányíthatják a részecskenyalábot, és csak akkor bocsátják ki energiájukat, ha biztonságosan átjutnak az egészséges szöveteken. Az antiprotonok használata extra energiát eredményez. Ez a technika bebizonyosodott, hogy hatékony a hörcsögök kezelésében, de emberben még nem tesztelték.
9. Az antianyag az űrben rejtőzhet
Az egyik módszer, amellyel a tudósok megpróbálják megoldani az anyag-antianyag aszimmetriájának problémáját, a Nagyrobbanásból megmaradt antianyag keresése.
Az alfa-mágneses spektrométer (AMS) egy részecskedetektor található a Nemzetközi Űrállomáson, és ilyen részecskéket keres. Az AMS olyan mágneses tereket tartalmaz, amelyek meghajolják a kozmikus részecskék útját és elkülönítik az anyagot az antianyagtól. A detektoroknak fel kell ismerniük és azonosítaniuk kell az áthaladó részecskéket.
A kozmikus sugárütközések általában pozitronokat és antiprotoneket eredményeznek, de az antihélium-atom létrehozásának esélye továbbra is rendkívül csekély, mivel ehhez a folyamathoz hatalmas mennyiségű energia szükséges. Ez azt jelenti, hogy legalább egy antihéliummag megfigyelése hatalmas bizonyíték lenne az óriási mennyiségű antianyag létezésére az univerzum más részein.
10. Az emberek valóban megtanulják, hogyan kell felszerelni az űrhajók antianyag-tüzelőanyagát, Nagyon kevés antianyag képes hatalmas mennyiségű energiát előállítani, ezáltal a futurisztikus tudományos fantasztikus hajók számára népszerű üzemanyag.
Az antisztatikus rakéta meghajtása hipotetikusan lehetséges; a fő korlátozás az, hogy elegendő antianyagot gyűjtsenek, hogy ez megtörténjen.
Még nem létezik olyan technológia, amely lehetővé tenné a antianyagok tömeges előállítását vagy összegyűjtését az ilyen alkalmazáshoz szükséges mennyiségben. A tudósok azonban azon dolgozik, hogy utánozzák e nagyon antimatikus anyag ilyen mozgását és tárolását. Egy nap, ha megtaláljuk a módját nagy mennyiségű antianyag előállítására, kutatásaik segítségével a csillagközi utazás valósággá válhat.
A symmetrymagazine.org anyagain alapul
ILYA KHEL