Jak létat na Mars za měsíc? Chcete-li to provést, musíte dát kosmické lodi dobrou podporu. Bohužel, nejlepší dostupné palivo pro člověka - jaderné dává specifický impuls 3000 sekund a let se táhne mnoho měsíců. Není po ruce něco energičtějšího? Teoreticky existuje: termonukleární fúze; poskytuje impuls stovky tisíc sekund a použití antihmoty poskytne impuls milionu sekund.
Jádra antihmoty jsou postavena z antinukleonů a vnější obal sestává z pozitronů. Kvůli opakování silné interakce s ohledem na konjugaci náboje (C-invariance), antinuklei mají stejné hmotnostní a energetické spektrum jako jádra, skládající se z odpovídajících nukleonů, a atomy antihmoty a hmoty musí mít stejnou strukturu a chemické vlastnosti, s jednou jedinou HO, kolize objektu, sestávající z hmoty, s předmětem antihmoty vede k zničení částic a antičástic obsažených v jejich složení.
Zničení pomalých elektronů a pozitronů vede ke vzniku gama quanta a zničení pomalých nukleonů a antinukleonů vede ke vzniku několika pí-mezonů. V důsledku následných úpadků mezonů se vytváří tvrdé gama záření s energií gama kvanty vyšší než 70 MeV.
Antielektrony (pozitrony) předpovídal P. Dirac a poté experimentálně objevil v „sprších“P. Anderson, který v té době ani nevěděl o Diracově predikci. Tento objev získal Nobelovu cenu za fyziku v roce 1936. Antiproton byl objeven v roce 1955 na Bevatronu v Berkeley, který také získal Nobelovu cenu. V roce 1960 zde byl objeven antineutron. Se zprovozněním Serpukhovského urychlovače se našim fyzikům také podařilo určitým způsobem pokročit - v roce 1969 zde byla objevena antiheliová jádra. Ale atomy antihmoty se nedaly získat. Upřímně řečeno, během celé existence urychlovačů dostávají antičástice zanedbatelná množství - všechny antiprotony syntetizované v CERN za rok budou stačit k provozu jedné žárovky na několik sekund.
První zpráva o syntéze devíti atomů antihmoty - antihydrogenu v rámci projektu ATRAP (CERN) se objevila v roce 1995. Poté, co existovaly asi 40 ns, tyto jednotlivé atomy zemřely a uvolňovaly předepsané množství záření (které bylo zaznamenáno). Cíle byly jasné a odůvodněné úsilí, úkoly byly stanoveny a v roce 1997 v blízkosti Ženevy, díky mezinárodní finanční pomoci, zahájila CERN výstavbu dezertéru (nepřekládejme ji s nepřekonatelným ekvivalentem „inhibitoru“), který umožnil zpomalit („ochladit“) antiprotony zpět deset milionůkrát oproti instalaci v roce 1995. Toto zařízení zvané Antiproton Moderátor (AD) vstoupilo do provozu v únoru 2002.
Nastavení - poté, co antiprotony opustí zpomalovací kruh - se skládá ze čtyř hlavních částí: lapač pro zachycení antiprotonů, pozitronový akumulační kroužek, směšovací lapač a detektor antihydrogenů. Tok antiprotonů je nejprve zpomalen mikrovlnným zářením, poté je ochlazován v důsledku výměny tepla tokem nízkoenergetických elektronů, poté spadne do pasti - směšovač, kde má teplotu 15 K. asi polovina z nich spadne do míchací pasti, kde je navíc ochlazuje synchrotronovým zářením. To vše je nezbytné pro významné zvýšení pravděpodobnosti tvorby antihydrogenových atomů.
V Antiproton Moderator začala tvrdá konkurence mezi dvěma skupinami vědců, účastníky experimentů ATHENA (39 vědců z různých zemí světa) a ATRAP.
V Nature 2002, svazek 419, str. 439, tamtéž, str. 456), publikovaný 3. října 2002, experiment ATHENA tvrdil, že se jim podařilo vyrobit 50 000 atomů antihmoty - antihydrogen. Přítomnost atomů antihmoty byla zaznamenána v době jejich zničení, o čemž svědčí průnik v jednom bodě stop dvou tvrdých kvanta vytvořených během zničení elektron-pozitronů a stop pionů vyplývajících z zničení antiprotonu a protonu. Byl získán první „portrét“antihmoty (fotografie na začátku) - počítačový obraz syntetizovaný z těchto bodů. Protože pouze ty atomy, které „vyklouzly“z pasti, byly zničeny (a bylo jich jen 130 spolehlivě spočítáno), deklarovaných 50 000 atomů antihydrogenů vytváří pouze neviditelné pozadí „portrétu“.
Propagační video:
Problém je v tom, že antihrogenní ničení bylo zaznamenáno na obecném, silnějším pozadí pozitronové a antiprotonové ničení. To přirozeně způsobilo zdravý skepticismus mezi kolegy ze sousedního konkurenčního projektu ATRAP. Na druhé straně, když syntetizovali antihydrogen ve stejném zařízení, byli schopni zaregistrovat antihydrogenové atomy pomocí komplexních magnetických pastí bez jakéhokoli signálu na pozadí. Atomy antihydrogenů vytvořené v experimentu se staly elektricky neutrální a na rozdíl od pozitronů a antiprotonů mohly volně opustit oblast, kde byly drženy nabité částice. Byly zaregistrovány.
Odhaduje se, že v pasti bylo vytvořeno přibližně 170 000 antihydrogenních atomů, jak vědci uváděli v článku publikovaném v dopise Physical Review Letters.
A to je již úspěch. Nyní přijaté množství antihydrogenu může stačit ke studiu jeho vlastností. Například pro atomy vodíku se navrhuje měřit frekvenci elektronického přechodu 1s-2s (ze základního stavu do prvního excitovaného stavu) pomocí laserové spektroskopie s vysokým rozlišením. (Frekvence tohoto přechodu ve vodíku je známa s přesností 1,8–10–14 - není to nic za to, že by se vodíkový masér považoval za frekvenční standard.) Podle teorie by měly být stejné jako v běžném vodíku. Pokud se například absorpční spektrum ukáže být odlišné, budete muset upravit základní základy moderní fyziky.
Ale zájem o antihmotu - antihmota není v žádném případě čistě teoretická. Antihmotový motor může fungovat například následujícím způsobem. Nejprve se vytvoří dvě mračna několika bilionů antiprotonů, které jsou chráněny před dotykem hmoty elektromagnetickou pastí. Pak je mezi nimi vstřikována 42-nanogramová částice paliva. Je to uran-238 tobolka obsahující směs deuteria a helia-3 nebo deuteria a tritia.
Antiprotony okamžitě zničí jádra uranu a způsobí, že se rozpadnou na fragmenty. Tyto fragmenty spolu s výslednou gama kvantou zahřívají vnitřek kapsle natolik, že tam začíná termonukleární reakce. Její produkty, které mají obrovskou energii, jsou magnetickým polem ještě více urychleny a unikají skrz trysku motoru, čímž poskytují kosmické lodi neslýchaný tah.
Pokud jde o let na Mars, američtí fyzici do něj doporučují použít jinou technologii - jaderné štěpení katalyzované antiprotony. Celý let pak bude vyžadovat 140 nanogramů antiprotonů, nepočítaje radioaktivní palivo.
Nová měření prováděná ve Stanfordském výzkumném centru (Kalifornie), kde je nainstalován lineární urychlovač částic, umožnila vědcům pokročit v odpovědi na otázku, proč ve vesmíru převládá hmota nad antihmotou.
Výsledky experimentu potvrzují dříve učiněné předpoklady o vývoji nerovnováhy těchto opačných entit. Vědci však tvrdí, že provedené studie vyvolaly více otázek než odpovědí: experimenty s urychlovačem nemohou poskytnout úplné vysvětlení, proč je ve vesmíru tolik hmoty - miliardy galaxií naplněných hvězdami a planetami.
Vědci pracující s akcelerátorem změřili parametr známý jako sinus dvou beta (0,74 plus nebo mínus 0,07). Tento ukazatel odráží stupeň asymetrie mezi hmotou a antihmotou.
V důsledku Velkého třesku by mělo být vytvořeno stejné množství hmoty a antihmoty, které pak byly zničeny a nezbylo nic než energie. Vesmír, který pozorujeme, je však nesporným důkazem vítězství hmoty nad antihmotou.
Aby pochopili, jak by se to mohlo stát, fyzici se podívali na efekt zvaný narušení rovnosti nábojů. Aby pozorovali tento účinek, vědci studovali B-mesony a anti-B-mesony, částice s velmi krátkou životností - bilionty sekundy.
Rozdíly v chování těchto absolutně opačných částic ukazují rozdíly mezi hmotou a antihmotou a částečně vysvětlují, proč jeden převládá nad druhým. Miliony B-mesonů a anti-B-mesonů požadovaných pro experiment byly vytvořeny v důsledku kolizí v urychlovači paprsků elektronů a pozitronů. První výsledky, získané zpět v roce 2001, jasně ukazují porušení rovných poplatků za B-mesony.
„Byl to důležitý objev, ale je třeba shromáždit mnoho údajů, aby bylo možné potvrdit sinus dvou beta jako základní konstanty v kvantové fyzice,“řekl Stewart Smith z Princetonské univerzity. "Nové výsledky byly oznámeny po třech letech intenzivního výzkumu a analýzy 88 milionů událostí."
Nová měření jsou v souladu s tzv. „Standardním modelem“, který popisuje elementární částice a jejich interakce. Samotný potvrzený stupeň porušení rovnosti poplatků nestačí k vysvětlení nerovnováhy hmoty a antihmoty ve vesmíru.
"Zdá se, že kromě nerovnosti poplatků se stalo něco jiného, co způsobilo převahu hmoty přeměněnou na hvězdy, planety a živé organismy," komentoval Hassan Jawahery, zaměstnanec University of Maryland. "V budoucnosti můžeme být schopni porozumět tyto skryté procesy a odpovědět na otázku, co přivedlo vesmír do jeho současného stavu, a to bude nejzajímavější objev. ““