Hur flyger jag till Mars om en månad? För att göra detta måste du ge rymdskeppet ett bra uppsving. Tyvärr, det bästa bränslet som finns tillgängligt för människan - kärnkraft ger en specifik impuls på 3000 sekunder, och flygningen sträcker sig i många månader. Finns det inte något mer energiskt till hands? Teoretiskt finns det: termonukleär fusion; det ger en impuls på hundratusentals sekunder, och användningen av antimateria ger en impuls på miljoner sekunder.
Antimateriekärnor är byggda av antinukeloner och det yttre skalet består av positroner. På grund av invariansen i den starka växelverkan med avseende på laddningskonjugering (C-invarians) har antinuclei samma massa och energispektrum som kärnor som består av motsvarande nukleoner, och atomerna i antimateria och materia måste ha identisk struktur och kemiska egenskaper, med en enda HO, kollisionen av ett objekt, bestående av materia, med ett föremål av antimateria leder till utsläpp av partiklar och antipartiklar som ingår i deras sammansättning
Förintelsen av långsamma elektroner och positroner leder till bildandet av gamma quanta, och förintelsen av långsamma nukleoner och antinukeloner leder till bildandet av flera pi-mesoner. Som ett resultat av efterföljande sönderfall av mesoner bildas hård gammastrålning med en energi av gammakvanta på mer än 70 MeV.
Antielektroner (positroner) förutsades av P. Dirac och upptäcktes sedan experimentellt i”duschar” av P. Anderson, som inte ens visste om Diracs förutsägelse vid den tiden. Denna upptäckt tilldelades Nobelpriset i fysik 1936. Antiproton upptäcktes 1955 på Bevatron i Berkeley, som också tilldelades Nobelpriset. 1960 upptäcktes en antineutron där. Med idrifttagandet av Serpukhov-acceleratorn lyckades våra fysiker också komma fram på vissa sätt - 1969 upptäcktes antiheliumkärnor där. Men antimateriets atomer kunde inte erhållas. För att vara uppriktig, under hela existensen av acceleratorer har antipartiklar fått obetydliga mängder - alla antiprotoner som syntetiserats vid CERN under ett år räcker för att använda en elektrisk glödlampa i flera sekunder.
Det första meddelandet om syntes av nio atomer av antimateria - antihydrogen inom ramen för ATRAP-projektet (CERN) dök upp 1995. Efter att ha funnits i cirka 40 ns dog dessa enskilda atomer och släppte den föreskrivna mängden strålning (som registrerades). Målen var tydliga och motiverade ansträngningarna, uppgifterna bestämdes, och 1997, nära Genève, tack vare internationellt ekonomiskt stöd, började CERN byggandet av en desselerator (låt oss inte översätta det med den dissonanta motsvarigheten "hämmare"), som tillät att bromsa ("coola") antiprotoner tillbaka in tio miljoner gånger under 1995-installationen. Denna enhet, kallad Antiproton Moderator (AD), startade tjänsten i februari 2002.
Inställningen - efter att antiprotonerna lämnat den avtagande ringen - består av fyra huvuddelar: en fälla för att fånga antiprotons, en positron-förvaringsring, en blandningsfälla och en anti-vätedetektor. Antiprotonflödet retarderas först av mikrovågsstrålning, kyls sedan som ett resultat av värmeväxling med ett flöde av lågenergi-elektroner, varefter det faller i en fälla - en mixer, där den är vid en temperatur på 15 K. Positionslagringsenheten bromsar successivt ner, fångar och ackumulerar positroner från en radioaktiv källa; ungefär hälften av dem faller i en blandningsfälla, där de dessutom kyls av synkrotronstrålning. Allt detta är nödvändigt för att avsevärt öka sannolikheten för bildning av antihydrogenatomer.
På Antiproton Moderator inleddes en tuff konkurrens mellan två grupper av forskare, deltagare i ATHENA-experimenten (39 forskare från olika länder i världen) och ATRAP.
I Nature 2002, volym 419, s. 439, ibid s. 456), publicerad den 3 oktober 2002, hävdade ATHENA-experimentet att de hade lyckats producera 50 000 antimateriaatomer - antihydrogen. Närvaron av antimateriaatomer registrerades vid tidpunkten för deras förintelse, vilket bevisades av skärningspunkten vid en punkt av spåren för två hårda kvanta som bildades under elektron-positron förintelse, och spår av pioner resulterade från förintelsen av ett antiproton och en proton. Det första "porträttet" av antimateria (foto i början) erhölls - en datorbild syntetiserad från sådana punkter. Eftersom endast de atomer som "gled" ut ur fällan förstördes (och det bara fanns 130 av dem som räknades tillförlitligt) skapar de deklarerade 50 000 antihydrogenatomerna bara en osynlig bakgrund av "porträttet".
Kampanjvideo:
Problemet är att antihydrogenförintelse registrerades mot en generell, starkare bakgrund av positron- och antiprotonförintelse. Detta orsakade naturligtvis en sund skepsis bland kollegor från det angränsande konkurrerande projektet ATRAP. De i sin tur, med syntetiserade antihydrogen vid samma anläggning, kunde registrera antihydrogenatomer med hjälp av komplexa magnetfällor utan någon bakgrundsignal. De antihydrogenatomer som bildades i experimentet blev elektriskt neutrala och till skillnad från positroner och antiprotoner, kunde de fritt lämna området där laddade partiklar begränsades. Det var där, utan bakgrund, som de registrerades.
Det uppskattas att cirka 170 000 antihydrogenatomer bildades i fällan, som forskarna rapporterade i en artikel publicerad i Physical Review Letters.
Och detta är redan en framgång. Nu kan den mottagna mängden antihydrogen vara tillräckligt för att studera dess egenskaper. För antihydrogenatomer föreslås till exempel att mäta frekvensen för den 1s-2s elektroniska övergången (från marktillståndet till det första exciterade tillståndet) med högupplösta laserspektroskopimetoder. (Frekvensen för denna övergång i väte är känd med en noggrannhet av 1,8 · 10–14 - det är inte för ingenting att väte-maser anses vara en frekvensstandard.) Enligt teorin borde de vara desamma som i vanligt väte. Om till exempel absorptionsspektrumet visar sig vara annorlunda måste du göra anpassningar till de grundläggande grunden för modern fysik.
Men intresse för antimateria - antimateria är inte alls teoretiskt. En antimattermotor kan fungera till exempel enligt följande. Först skapas två moln av flera biljoner antiprotoner, som hindras från att beröra ämnen av en elektromagnetisk fälla. Sedan injiceras en 42-nanogram partikel bränsle mellan dem. Det är en uran-238 kapsel som innehåller en blandning av deuterium och helium-3 eller deuterium och tritium.
Antiprotons förstörs omedelbart med urankärnor och får dem att ruttna till fragment. Dessa fragment, tillsammans med den resulterande gammakvanta, värmer upp insidan av kapseln så mycket att en termonukleär reaktion börjar där. Dess produkter, som har enorm energi, påskyndas ännu mer av magnetfältet och släpps genom motorns munstycke, vilket ger rymdskeppet en okänd drivkraft.
När det gäller flygningen till Mars på en månad rekommenderar amerikanska fysiker att använda en annan teknik för det - kärnklyvning katalyserad av antiprotoner. Då kräver hela flygningen 140 nanogram antiprotons, inte räknat radioaktivt bränsle.
Nya mätningar utförda vid Stanford Research Center (Kalifornien), där en linjär partikelaccelerator är installerad, har gjort det möjligt för forskare att göra framsteg när det gäller att svara på frågan om varför materien råder över antimateria i universum.
Resultaten av experimentet bekräftar de tidigare antagandena om utvecklingen av en obalans mellan dessa motsatta enheter. Men forskare säger att studierna har ställt fler frågor än svar: experiment med en accelerator kan inte ge en fullständig förklaring av varför det finns så mycket materia i rymden - miljarder galaxer fyllda med stjärnor och planeter.
Forskare som arbetade med acceleratorn mätte en parameter som kallas sinus för två beta (0,74 plus eller minus 0,07). Denna indikator återspeglar graden av asymmetri mellan materia och antimateria.
Som ett resultat av Big Bang borde samma mängd materia och antimateria ha bildats, som sedan förintade och lämnade inget annat än energi. Det universum vi observerar är emellertid obestridligt bevis på materiens seger över antimatter.
För att förstå hur detta kunde hända såg fysiker på en effekt som kallas överträdelse av avgiftsjämlikhet. För att observera denna effekt studerade forskare B-mesoner och anti-B-mesoner, partiklar med mycket kort livslängd - biljoner sekund.
Skillnaderna i beteendet hos dessa absolut motsatta partiklar visar skillnaderna mellan materia och antimateria och förklarar delvis varför den ena segrar över den andra. De miljoner B-mesoner och anti-B-mesoner som krävdes för experimentet bildades som ett resultat av kollisioner i acceleratorn i strålarna av elektroner och positroner. De första resultaten, som erhölls redan 2001, visar tydligt en överträdelse av avgifterna för B-mesons jämlikhet.
"Detta var en viktig upptäckt, men mycket data måste fortfarande samlas in för att validera sinus för två beta som en grundläggande konstant i kvantefysik," sade Stewart Smith från Princeton University. "De nya resultaten tillkännagavs efter tre års intensiv forskning och analys av 88 miljoner händelser."
De nya mätningarna överensstämmer med den så kallade "standardmodellen", som beskriver elementära partiklar och deras interaktioner. Den bekräftade graden av brott mot jämlikheten i avgifterna i sig är inte tillräcklig för att förklara obalansen mellan materia och antimateria i universum.
"Uppenbarligen, utöver ojämlikheten i avgifter, hände något annat, vilket orsakade övervägande av materien förvandlade till stjärnor, planeter och levande organismer," kommenterade Hassan Jawahery, anställd vid University of Maryland. "I framtiden kan vi kanske förstå dessa dolda processer och besvara frågan om vad som förde universum till sitt nuvarande tillstånd och detta kommer att vara den mest spännande upptäckten."