Universums objekt - galaxer, stjärnor, kvasarer, planeter, supernovaer, djur och människor - består av materia. Det bildas av olika elementära partiklar - kvarkar, leptoner, bosoner. Men det visade sig att det finns partiklar där en del av egenskaperna helt sammanfaller med parametrarna för "originalen", och den andra har motsatta värden. Den här egenskapen fick forskare att ge aggregatet av sådana partiklar det allmänna namnet "antimatter".
Det blev också tydligt att det är mycket svårare att studera detta mystiska ämne än att registrera. Antipartiklar i stabilt tillstånd har ännu inte stött på i naturen. Problemet är att materia och antimateria förintas (ömsesidigt förstöra varandra) vid "kontakt". Det är fullt möjligt att få antimateria i laboratorier, även om det är ganska svårt att innehålla det. Hittills har forskare kunnat göra detta bara i några minuter.
Enligt teorin borde Big Bang ha producerat samma antal partiklar och antipartiklar. Men om materia och antimateria förintas med varandra, borde de ha upphört att existera samtidigt. Varför finns universum?
”För mer än 60 år sedan sade teorin att alla egenskaper hos antipartiklar sammanfaller med egenskaperna hos vanliga partiklar i spegelreflekterade rymden. Under första hälften av 60-talet upptäcktes emellertid att denna symmetri inte är uppfylld i vissa processer. Sedan dess har många teoretiska modeller skapats, dussintals experiment har genomförts för att förklara detta fenomen. Nu är de mest utvecklade teorierna att skillnaden i mängd materia och antimateria är förknippad med den så kallade kränkning av CP-symmetri (från orden laddning - "laddning" och paritet - "paritet"). Men ingen vet ännu ett pålitligt svar på frågan om varför det finns mer materia än antimateria, förklarar Alexey Zhemchugov, docent vid institutionen för grundläggande och tillämpade fysikproblem i Microworld från Moskva Institutet för fysik och teknik.
Antimaterialets historia började med ekvationsriktningen för elektronen, som hade lösningar där den hade negativ energi. Eftersom forskare inte kunde föreställa sig den fysiska betydelsen av negativ energi, uppfann de en elektron med en positiv laddning och kallade den "positron".
Han blev den första experimentellt upptäckta antipartikeln. Installation, som registrerade kosmiska strålar, visade att banans rörelsebana för vissa partiklar i ett magnetfält liknar banan för en elektron - endast de avböjda i motsatt riktning. Sedan upptäcktes meson-antimeson-paret, antiproton och antineutron registrerades, och sedan kunde forskare syntetisera antihydrogen och antiheliumkärnan.
Rörelsebanor för en elektron och en positron i ett magnetfält / Illustration av RIA Novosti. Alina Polyanina
Vad betyder alla dessa "anti"? Vi använder vanligtvis detta prefix för att beteckna det motsatta fenomenet. När det gäller antimateria - det kan inkludera analoger av elementära partiklar som har motsatt laddning, magnetiskt moment och några andra egenskaper. Naturligtvis kan alla egenskaper hos en partikel inte vändas. Till exempel bör massa och livslängd alltid vara positiv, med fokus på dem kan partiklar tillskrivas en kategori (till exempel protoner eller neutroner).
Kampanjvideo:
Om vi jämför en proton och ett antiproton, är några av deras egenskaper desamma: massan för båda är 938,2719 (98) megaelektronvolt, spin ½ (centrifugering kallas en partikelns inre vinkelmoment, vilket kännetecknar dess rotation, medan själva partikeln är i vila). Men den elektriska laddningen för protonen är 1, och antiprotonen har minus 1, baryontalet (det bestämmer antalet starkt samverkande partiklar bestående av tre kvarkar) 1 respektive minus 1.
Proton och antiproton / Illustration av RIA Novosti. Alina Polyanina
Vissa partiklar, till exempel Higgs boson och foton, har inga anti-analoger och kallas riktiga neutrala.
De flesta antikroppar, tillsammans med partiklar, förekommer i en process som kallas parning. Bildandet av ett sådant par kräver hög energi, det vill säga enorm hastighet. I naturen uppstår antipartiklar när kosmiska strålar kolliderar med jordens atmosfär, inuti massiva stjärnor, bredvid pulsars och aktiva galaktiska kärnor. Forskare använder kollider-acceleratorer för detta.
Accelerationsavsnitt i Large Hadron Collider, där partiklar accelereras / Photo: CERN
Studien av antimateria har praktiska tillämpningar. Poängen är att förintelsen av materia och antimateria genererar högenergi-fotoner. Låt oss säga att vi tar en bank av protoner och antiprotoner och börjar gradvis släppa dem mot varandra genom ett speciellt rör, bokstavligen en i taget. Förstörelse av en kilo antimateria frigör samma mängd energi som att bränna 30 miljoner fat olja. Hundra fyrtio nanogram antiprotons skulle räcka till för en flygning till Mars. Fångsten är att det tar ännu mer energi att generera och hålla antimateria.
Men antimateria används redan i praktiken, inom medicinen. Positronemissionstomografi används för diagnostik inom onkologi, kardiologi och neurologi. Metoden är baserad på leverans av materia som förfaller med emission av en positron till ett specifikt organ. Till exempel kan ett ämne som binder bra till cancerceller fungera som en transport. I det önskade området bildas en ökad koncentration av radioaktiva isotoper och följaktligen positroner från deras sönderfall. Positronerna förstörs omedelbart med elektroner. Och vi kan helt fixa förintelsepunktet genom att registrera gamma quanta. Med hjälp av positronemissionstomografi är det således möjligt att upptäcka en ökad koncentration av transportsubstansen på ett visst ställe.
