De objecten van het heelal - sterrenstelsels, sterren, quasars, planeten, supernovae, dieren en mensen - zijn samengesteld uit materie. Het wordt gevormd door verschillende elementaire deeltjes - quarks, leptonen, bosonen. Maar het bleek dat er deeltjes zijn waarin een deel van de kenmerken volledig samenvalt met de parameters van de "originelen", en het andere deel de tegenovergestelde waarden heeft. Deze eigenschap zette wetenschappers ertoe aan het aggregaat van dergelijke deeltjes de algemene naam "antimaterie" te geven.
Ook werd duidelijk dat het bestuderen van deze mysterieuze stof veel moeilijker is dan registreren. Antideeltjes in stabiele toestand zijn nog niet in de natuur aangetroffen. Het probleem is dat materie en antimaterie bij "contact" vernietigen (elkaar wederzijds vernietigen). Het is heel goed mogelijk om antimaterie in laboratoria te verkrijgen, hoewel het vrij moeilijk is om het te beheersen. Tot nu toe hebben wetenschappers dit maar een paar minuten kunnen doen.
Volgens de theorie had de oerknal hetzelfde aantal deeltjes en antideeltjes moeten produceren. Maar als materie en antimaterie met elkaar vernietigen, dan hadden ze tegelijkertijd moeten ophouden te bestaan. Waarom bestaat het universum?
“Meer dan 60 jaar geleden zei de theorie dat alle eigenschappen van antideeltjes samenvallen met de eigenschappen van gewone deeltjes in de spiegelreflecterende ruimte. In de eerste helft van de jaren 60 werd echter ontdekt dat in sommige processen niet aan deze symmetrie wordt voldaan. Sindsdien zijn er veel theoretische modellen gemaakt, zijn er tientallen experimenten uitgevoerd om dit fenomeen te verklaren. Nu zijn de meest ontwikkelde theorieën dat het verschil in hoeveelheid materie en antimaterie verband houdt met de zogenaamde schending van CP-symmetrie (van de woorden lading - "lading" en pariteit - "pariteit"). Maar niemand weet nog een betrouwbaar antwoord op de vraag waarom er meer materie is dan antimaterie”, legt Alexey Zhemchugov uit, universitair hoofddocent van de afdeling Fundamentele en toegepaste problemen van de fysica van de microwereld van het Moscow Institute of Physics and Technology.
De geschiedenis van antimaterie begon met de bewegingsvergelijking voor het elektron, dat oplossingen had waarin het negatieve energie bezat. Omdat wetenschappers zich de fysieke betekenis van negatieve energie niet konden voorstellen, "vonden" ze een elektron met een positieve lading uit en noemden het "positron".
Hij werd het eerste experimenteel ontdekte antideeltje. Installatie, die kosmische straling registreerde, toonde aan dat het bewegingspad van sommige deeltjes in een magnetisch veld vergelijkbaar is met het traject van een elektron - alleen afbuigen ze in de tegenovergestelde richting. Toen werd het meson-antimeson-paar ontdekt, het antiproton en antineutron werden geregistreerd en toen konden wetenschappers antiwaterstof en de antiheliumkern synthetiseren.
Bewegingsbanen van een elektron en een positron in een magnetisch veld / Illustratie door RIA Novosti. Alina Polyanina
Wat betekenen al deze "anti"? We gebruiken dit voorvoegsel meestal om het tegenovergestelde fenomeen aan te duiden. Wat betreft antimaterie - het kan analogen van elementaire deeltjes bevatten met een tegengestelde lading, magnetisch moment en enkele andere kenmerken. Natuurlijk kunnen alle eigenschappen van een deeltje niet worden teruggedraaid. Massa en levensduur moeten bijvoorbeeld altijd positief blijven, erop gericht, deeltjes kunnen worden toegeschreven aan één categorie (bijvoorbeeld protonen of neutronen).
Promotie video:
Als we een proton en een antiproton vergelijken, zijn sommige van hun kenmerken hetzelfde: de massa van beide is 938,2719 (98) mega-elektronvolt, spin ½ (spin wordt het juiste impulsmoment van een deeltje genoemd, dat de rotatie kenmerkt, terwijl het deeltje zelf in rust is). Maar de elektrische lading van het proton is 1, en het antiproton heeft min 1, het baryongetal (het bepaalt het aantal sterk op elkaar inwerkende deeltjes bestaande uit drie quarks) is respectievelijk 1 en min 1.
Proton en antiproton / Illustratie door RIA Novosti. Alina Polyanina
Sommige deeltjes, zoals het Higgs-deeltje en het foton, hebben geen anti-analogen en worden echt neutraal genoemd.
De meeste antideeltjes, samen met deeltjes, verschijnen in een proces dat paren wordt genoemd. De vorming van zo'n paar vereist hoge energie, dat wil zeggen een enorme snelheid. In de natuur ontstaan antideeltjes wanneer kosmische straling in botsing komt met de atmosfeer van de aarde, in zware sterren, naast pulsars en actieve galactische kernen. Wetenschappers gebruiken hiervoor colliders-accelerators.
Versnellende sectie van de Large Hadron Collider, waar deeltjes worden versneld / Foto: CERN
De studie van antimaterie heeft praktische toepassingen. Het punt is dat de vernietiging van materie en antimaterie hoogenergetische fotonen genereert. Laten we zeggen dat we een reeks protonen en antiprotonen nemen en ze geleidelijk naar elkaar toe laten gaan via een speciale buis, letterlijk een voor een. Bij vernietiging van één kilo antimaterie komt evenveel energie vrij als bij het verbranden van 30 miljoen vaten olie. Honderdveertig nanogram antiprotonen zouden voldoende zijn voor een vlucht naar Mars. De vangst is dat het nog meer energie kost om antimaterie te genereren en vast te houden.
Antimaterie wordt echter al in de praktijk toegepast, in de geneeskunde. Positronemissietomografie wordt gebruikt voor diagnostiek in de oncologie, cardiologie en neurologie. De methode is gebaseerd op de afgifte van materie die vervalt met de emissie van een positron naar een specifiek orgaan. Zo kan een stof die goed bindt aan kankercellen als transportmiddel fungeren. In het gewenste gebied wordt een verhoogde concentratie van radioactieve isotopen gevormd en dientengevolge positronen uit hun verval. De positronen vernietigen onmiddellijk met elektronen. En we kunnen het vernietigingspunt behoorlijk fixeren door gamma-kwanta te registreren. Met behulp van positronemissietomografie is het dus mogelijk om op een bepaalde plaats een verhoogde concentratie van de transportstof te detecteren.
