Předměty vesmíru - galaxie, hvězdy, kvazary, planety, supernovy, zvířata a lidé - se skládají z hmoty. Je tvořena různými elementárními částicemi - kvarky, leptony, bosony. Ukázalo se však, že existují částice, ve kterých se jedna část charakteristik zcela shoduje s parametry „originálů“a druhá má opačné hodnoty. Tato vlastnost vedla vědce k tomu, aby souhrnu těchto částic pojmenovali obecným názvem „antihmota“.
Také se ukázalo, že studium této záhadné látky je mnohem obtížnější než registrace. Antičástice ve stabilním stavu se v přírodě dosud nesetkaly. Problém je v tom, že hmota a antihmota se zničí (vzájemně se zničí) při „kontaktu“. V laboratořích je možné získat antihmotu, i když je docela obtížné ho zadržet. Vědci tak dosud dokázali udělat jen několik minut.
Podle teorie měl Velký třesk produkovat stejný počet částic a antičástic. Pokud se však hmota a antihmota navzájem zničí, pak by měly přestat existovat současně. Proč existuje vesmír?
„Před více než 60 lety teorie uvedla, že všechny vlastnosti antičástic se shodují s vlastnostmi obyčejných částic v zrcadlově odrazeném prostoru. V první polovině 60. let však bylo zjištěno, že v některých procesech není tato symetrie uspokojena. Od té doby bylo vytvořeno mnoho teoretických modelů, byly provedeny desítky experimentů, které tento jev vysvětlily. Nyní jsou nejrozvinutější teorie, že rozdíl v množství hmoty a antihmoty je spojen s takzvaným porušením symetrie CP (ze slov náboj - „náboj“a parita - „parita“). Zatím ale nikdo neví spolehlivou odpověď na otázku, proč je více věcí než antihmota, “vysvětluje Alexey Zhemchugov, docent Katedry základních a aplikovaných problémů fyziky mikrosvěta na Moskevském fyzikálním a technologickém institutu.
Historie antihmoty začala pohybovou rovnicí pro elektron, který měl řešení, ve kterých měl negativní energii. Protože si vědci nedokázali představit fyzický význam negativní energie, „vynalezli“elektron s kladným nábojem a nazvali jej „pozitron“.
Stal se prvním experimentálně objeveným antičásticím. Instalace, registrace kosmických paprsků, ukázala, že trajektorie pohybu některých částic v magnetickém poli je podobná trajektorii elektronů - pouze se vychýlily v opačném směru. Poté byl objeven pár meson-antimeson, byly zaregistrovány antiproton a antineutron a vědci pak byli schopni syntetizovat antihydrogen a jádro antihelia.
Trajektorie pohybu elektronu a pozitronu v magnetickém poli / Ilustrace RIA Novosti. Alina Polyanina
Co znamenají všechny tyto „anti“? Tuto předponu obvykle používáme k označení opačného jevu. Pokud jde o antihmotu, může zahrnovat analogy elementárních částic, které mají opačný náboj, magnetický moment a některé další vlastnosti. Samozřejmě nelze změnit všechny vlastnosti částice. Například, hmotnost a životnost by měly vždy zůstat pozitivní, se zaměřením na ně, částice lze přiřadit k jedné kategorii (například protony nebo neutrony).
Propagační video:
Pokud porovnáme proton a antiproton, pak jsou některé z jejich charakteristik stejné: hmotnost obou je 938,2719 (98) megaelektronvoltů, spinu ½ (spinu se nazývá správná úhlová hybnost částice, která charakterizuje její rotaci, zatímco částice samotná je v klidu). Ale elektrický náboj protonu je 1 a antiproton má mínus 1, baryonovo číslo (určuje počet silně interagujících částic sestávajících ze tří kvarků) je 1 a mínus 1.
Proton a antiproton / Ilustrace od RIA Novosti. Alina Polyanina
Některé částice, jako je Higgsův boson a foton, nemají žádné analogy a nazývají se pravými neutrálními.
Většina antičástic se spolu s částicemi objevuje v procesu zvaném párování. Vytvoření takového páru vyžaduje vysokou energii, tj. Obrovskou rychlost. V přírodě vznikají antičástice, když se kosmické paprsky srazí s atmosférou Země, uvnitř hmotných hvězd, vedle pulsarů a aktivních galaktických jader. Vědci k tomu používají urychlovače srážky.
Zrychlovací část velkého hadronového kříže, kde jsou částice urychlovány / Foto: CERN
Studie antihmoty má praktické aplikace. Jde o to, že zničení hmoty a antihmoty vytváří vysoce energetické fotony. Řekněme, že vezmeme banku protonů a antiprotonů a začneme je postupně uvolňovat k sobě pomocí speciální trubice, doslova po jednom. Zničení jednoho kilogramu antihmoty uvolní stejné množství energie jako spálení 30 milionů barelů ropy. Sto čtyřicet nanogramů antiprotonů by stačilo na let na Mars. Úlovek spočívá v tom, že výroba a držení antihmoty vyžaduje ještě více energie.
Antihmota se však již používá v praxi, v medicíně. Pozitronová emisní tomografie se používá pro diagnostiku v onkologii, kardiologii a neurologii. Metoda je založena na dodání rozpadu hmoty s emisemi pozitronu do specifického orgánu. Například látka, která se dobře váže na rakovinné buňky, může působit jako transport. V požadované oblasti se vytváří zvýšená koncentrace radioaktivních izotopů a následně pozitronů z jejich rozkladu. Pozitrony okamžitě zničí elektrony. A my můžeme docela opravit bod zničení registrací gama quanta. Pomocí pozitronové emisní tomografie je tedy možné detekovat zvýšenou koncentraci transportní látky na určitém místě.