Az Univerzum tárgyai - galaxisok, csillagok, kvazárok, bolygók, szupernóvák, állatok és emberek - anyagból állnak. Különböző elemi részecskék képezik - kvarkok, leptonok, bozonok. Kiderült, hogy vannak olyan részecskék, amelyekben a jellemzők egy része teljesen egybeesik az "eredetik" paramétereivel, a másik értéke pedig ellentétes. Ez a tulajdonság arra késztette a tudósokat, hogy az ilyen részecskék aggregátumát az "antianyag" általános névvel adják.
Az is világossá vált, hogy ennek a titokzatos anyagnak a tanulmányozása sokkal nehezebb, mint a regisztráció. A stabil állapotban levő részecskékkel még nem találkoztak a természetben. A probléma az, hogy az anyag és az antianyag megsemmisül (kölcsönösen megsemmisítik egymást) "érintkezéskor". A laboratóriumokban lehetségesek az antianyagok előállítása, bár meglehetősen nehéz megtartani. A tudósok eddig csak néhány percig tudták ezt megtenni.
Az elmélet szerint a Nagyrobbanásnak ugyanannyi részecskét és antirészecskét kellett előállítania. De ha az anyag és az antianyag megsemmisül egymással, akkor egyszerre kellene megszűnniük. Miért létezik az univerzum?
„Több mint 60 évvel ezelőtt az elmélet azt állította, hogy a részecskék minden tulajdonsága megegyezik a tükör által visszatükrözött térben lévő átlagos részecskék tulajdonságaival. A 60-as évek első felében azonban felfedezték, hogy egyes folyamatokban ez a szimmetria nem teljesül. Azóta számos elméleti modellt készítettek, tucatnyi kísérletet végeztek ennek a jelenségnek a magyarázata érdekében. A legfejlettebb elméletek szerint az anyag és az antianyag mennyiségének különbsége a CP-szimmetria úgynevezett megsértésével jár (a töltés - "töltés" és a paritás - "paritás" szavakból). De senki még nem tud megbízható választ adni arra a kérdésre, hogy miért nem csak az antianyag, hanem az anyag”- magyarázza Alexey Zhemchugov, a Moszkva Fizikai és Technológiai Intézet Mikrovilágának Alapvető és Alkalmazott Fizikai Tanszékének docens.
Az antianyag története az elektron mozgási egyenletével kezdődött, amelynek oldataiban negatív energiája volt. Mivel a tudósok nem tudták elképzelni a negatív energia fizikai jelentését, "feltaláltak" egy pozitív töltéssel rendelkező elektronot, pozitronnak nevezik.
Ő lett az első kísérletileg felfedezett részecske. A telepítés, a kozmikus sugarak regisztrálása azt mutatta, hogy a mágneses mezőben lévő egyes részecskék mozgási pályája hasonló az elektron pályájához - csak ezek ellentétes irányba hajlanak el. Ezután felfedezték a mezon-antimon-párt, regisztrálták az antiprotont és az antineutront, majd a tudósok képesek voltak az antihidrogén és az antihelium sejt szintézisére.
Az elektron és a pozitron mozgásának trajektóriái a mágneses mezőben / Illusztráció: RIA Novosti. Alina Polyanina
Mit jelent ezek az "anti" -ek? Ezt az előtagot általában az ellenkező jelenség jelölésére használjuk. Ami az antianyagot illeti - tartalmazhat olyan elemi részecskék analógjait, amelyek ellenkező töltéssel, mágneses nyomatékkal és néhány egyéb jellemzővel rendelkeznek. Természetesen a részecske összes tulajdonsága nem megfordítható. Például a tömegnek és az élettartamnak mindig pozitívnak kell maradnia, összpontosítva rájuk; a részecskék egy kategóriába sorolhatók (például protonok vagy neutronok).
Promóciós videó:
Ha összehasonlítjuk a protont és az antiprotont, akkor néhány jellemzõjük megegyezik: mindkettõ tömege 938,2719 (98) megaelektronvolt, spin ½ (spinnek nevezzük egy részecske belső szögleges lendületét, amely jellemzi a forgását, míg a részecske maga nyugszik). A proton elektromos töltése azonban 1, az antiproton mínusz 1, a baryon szám (meghatározza az erősen kölcsönhatásba lépő három kvarkból álló részecskék számát) 1 és mínusz 1.
Proton és antiproton / Illusztráció: RIA Novosti. Alina Polyanina
Néhány részecskének, például a Higg-bozonnak és a fotonnak nincs anti-analógja, és valódi semlegesnek nevezik őket.
A legtöbb részecskeellenes részecske a részecskékkel párosulásnak nevezett folyamatban jelentkezik. Egy ilyen pár kialakításához nagy energiát, vagyis hatalmas sebességet kell igénybe venni. A természetben a részecskék akkor fordulnak elő, amikor a kozmikus sugarak ütköznek a Föld légkörével, hatalmas csillagok belsejében, a pulzárok és az aktív galaktikus magok mellett. A tudósok ehhez ütközőket-gyorsítókat használnak.
A nagy hadroncsatorna gyorsító szakasza, ahol a részecskék gyorsulnak / Fotó: CERN
Az antianyag tanulmányozása gyakorlati alkalmazásokat kínál. A lényeg az, hogy az anyag és az antianyag megsemmisítése nagy energiájú fotonokat hoz létre. Tegyük fel, hogy veszünk egy proton és antiprotont bankot, és fokozatosan felszabadítjuk őket egymás felé egy speciális csőn keresztül, szó szerint egyenként. Egy kilogramm antianyag megsemmisítése ugyanannyi energiát bocsát ki, mint 30 millió hordó olajégetés. Száznegyven nanogramm antiprotonok elég lennének a Marsra való repüléshez. A fogás az, hogy még több energiát igényel az antianyag előállítása és megtartása.
Az antianyagot azonban a gyakorlatban már a gyógyászatban is alkalmazzák. A pozitron-emissziós tomográfia az onkológia, a kardiológia és az ideggyógyászat diagnosztikája. A módszer azon alapul, hogy a pozitron kibocsátásával egy adott szervbe bomlik az anyag. Például egy anyag, amely jól kötődik a rákos sejtekhez, szállíthat. A kívánt területen megnövekszik a radioaktív izotópok koncentrációja, következésképpen a bomlásukból származó pozitronok. A pozitronok azonnal elektronokkal megsemmisülnek. És teljesen meg tudjuk határozni a megsemmisülés pontját a gamma kvantumok regisztrálásával. Így pozitron emissziós tomográfia segítségével lehetséges a transzport anyag fokozott koncentrációjának kimutatása egy adott helyen.