एंटीमैटर संश्लेषण. बिल्कुल विपरीत

एंटीमैटर,एक पदार्थ जिसमें परमाणु होते हैं जिनके नाभिक में नकारात्मक विद्युत आवेश होता है और वे पॉज़िट्रॉन - सकारात्मक विद्युत आवेश वाले इलेक्ट्रॉनों से घिरे होते हैं। साधारण पदार्थ में, जिससे हमारे चारों ओर की दुनिया बनी है, धनात्मक आवेशित नाभिक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों से घिरे होते हैं। इसे एंटीमैटर से अलग करने के लिए, साधारण पदार्थ को कभी-कभी कॉइनमैटर (ग्रीक से) कहा जाता है। koinos- साधारण)। हालाँकि, रूसी साहित्य में इस शब्द का व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि "एंटीमैटर" शब्द पूरी तरह से सही नहीं है, क्योंकि एंटीमैटर भी एक प्रकार का पदार्थ है। एंटीमैटर में समान जड़त्वीय गुण होते हैं और यह सामान्य पदार्थ के समान ही गुरुत्वाकर्षण आकर्षण पैदा करता है।

जब पदार्थ और एंटीमैटर के बारे में बात की जाती है, तो प्राथमिक (उपपरमाण्विक) कणों से शुरुआत करना तर्कसंगत है। प्रत्येक प्राथमिक कण में एक प्रतिकण होता है; दोनों की विशेषताएं लगभग समान हैं, सिवाय इसके कि उनमें विपरीत विद्युत आवेश हैं। (यदि कण तटस्थ है, तो प्रतिकण भी तटस्थ है, लेकिन वे अन्य विशेषताओं में भिन्न हो सकते हैं। कुछ मामलों में, कण और प्रतिकण एक दूसरे के समान होते हैं।) इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन, एक नकारात्मक चार्ज कण, एक से मेल खाता है पॉज़िट्रॉन, और धनात्मक आवेश वाले प्रोटॉन का प्रतिकण ऋणात्मक आवेशित प्रतिप्रोटान होता है। पॉज़िट्रॉन की खोज 1932 में हुई थी, और एंटीप्रोटॉन की खोज 1955 में हुई थी; ये खोजे गए पहले एंटीपार्टिकल्स थे। एंटीपार्टिकल्स के अस्तित्व की भविष्यवाणी 1928 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी पी. डिराक ने क्वांटम यांत्रिकी के आधार पर की थी।

जब एक इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन टकराते हैं, तो वे नष्ट हो जाते हैं, अर्थात। दोनों कण गायब हो जाते हैं, और उनके टकराव के बिंदु से दो गामा किरणें उत्सर्जित होती हैं। यदि टकराने वाले कण कम गति से चलते हैं, तो प्रत्येक गामा क्वांटम की ऊर्जा 0.51 MeV है। यह ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की "विश्राम ऊर्जा" या उसका विश्राम द्रव्यमान है, जिसे ऊर्जा इकाइयों में व्यक्त किया जाता है। यदि टकराने वाले कण तेज़ गति से चलते हैं, तो उनकी गतिज ऊर्जा के कारण गामा किरणों की ऊर्जा अधिक होगी। विनाश तब भी होता है जब एक प्रोटॉन एक एंटीप्रोटॉन से टकराता है, लेकिन इस मामले में प्रक्रिया बहुत अधिक जटिल है। कई अल्पकालिक कण अंतःक्रिया के मध्यवर्ती उत्पादों के रूप में पैदा होते हैं; हालाँकि, कुछ माइक्रोसेकंड के बाद, न्यूट्रिनो, गामा किरणें और थोड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े परिवर्तनों के अंतिम उत्पाद के रूप में बने रहते हैं। ये जोड़े अंततः अतिरिक्त गामा किरणें बनाकर नष्ट कर सकते हैं। विनाश तब भी होता है जब एक एंटीन्यूट्रॉन न्यूट्रॉन या प्रोटॉन से टकराता है।

चूँकि प्रतिकण अस्तित्व में हैं, इसलिए प्रश्न उठता है कि क्या प्रतिकणों से प्रतिनाभिक का निर्माण किया जा सकता है। साधारण पदार्थ के परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। सबसे सरल नाभिक साधारण हाइड्रोजन 1H के समस्थानिक का नाभिक है; यह एकल प्रोटॉन का प्रतिनिधित्व करता है। ड्यूटेरियम 2H नाभिक में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है; इसे ड्यूटेरॉन कहा जाता है। सरल नाभिक का एक अन्य उदाहरण 3He नाभिक है, जिसमें दो प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है। एंटीड्यूट्रॉन, जिसमें एक एंटीप्रोटॉन और एक एंटीन्यूट्रॉन शामिल है, 1966 में प्रयोगशाला में प्राप्त किया गया था; एंटी-3He नाभिक, जिसमें दो एंटीप्रोटोन और एक एंटीन्यूट्रॉन शामिल है, पहली बार 1970 में प्राप्त किया गया था।

आधुनिक कण भौतिकी के अनुसार, उपयुक्त तकनीकी साधनों से सभी सामान्य नाभिकों के प्रतिनाभिक प्राप्त करना संभव होगा। यदि ये प्रतिनाभिक उचित संख्या में पॉज़िट्रॉन से घिरे हों तो ये प्रतिपरमाणु बनाते हैं। एंटीआटोम्स के गुण लगभग सामान्य परमाणुओं के समान ही होंगे; वे अणु बनाएंगे, जिनसे कार्बनिक पदार्थों सहित ठोस, तरल और गैसें बनाई जा सकती हैं। उदाहरण के लिए, दो एंटीप्रोटोन और एक एंटीऑक्सीजन नाभिक, आठ पॉज़िट्रॉन के साथ मिलकर, साधारण पानी एच 2 ओ के समान एक एंटीवाटर अणु बना सकते हैं, जिनमें से प्रत्येक अणु में हाइड्रोजन नाभिक के दो प्रोटॉन, एक ऑक्सीजन नाभिक और आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं। आधुनिक कण सिद्धांत यह भविष्यवाणी करने में सक्षम है कि एंटीवाटर 0°C पर जम जाएगा, 100°C पर उबल जाएगा, और अन्यथा सामान्य पानी की तरह व्यवहार करेगा। इस तरह के तर्क को जारी रखते हुए, हम इस निष्कर्ष पर पहुंच सकते हैं कि एंटीमैटर से निर्मित एक एंटी-वर्ल्ड हमारे आस-पास की सामान्य दुनिया के समान होगा। यह निष्कर्ष एक सममित ब्रह्मांड के सिद्धांतों के लिए शुरुआती बिंदु के रूप में कार्य करता है, जो इस धारणा पर आधारित है कि ब्रह्मांड में सामान्य पदार्थ और एंटीमैटर समान मात्रा में हैं। हम इसके उस हिस्से में रहते हैं जिसमें साधारण पदार्थ शामिल हैं।

यदि विपरीत प्रकार के पदार्थों के दो समान टुकड़ों को संपर्क में लाया जाए, तो पॉज़िट्रॉन वाले इलेक्ट्रॉनों और एंटीन्यूक्लियर वाले नाभिक का विनाश हो जाएगा। इस मामले में, गामा क्वांटा प्रकट होगा, जिसकी उपस्थिति से कोई यह अनुमान लगा सकता है कि क्या हो रहा है। चूँकि पृथ्वी, परिभाषा के अनुसार, सामान्य पदार्थ से बनी है, बड़े त्वरक और कॉस्मिक किरणों में उत्पन्न होने वाले एंटीकणों की छोटी संख्या को छोड़कर, इसमें कोई प्रशंसनीय मात्रा में एंटीमैटर नहीं है। यही बात पूरे सौर मंडल पर लागू होती है।

अवलोकनों से पता चलता है कि हमारी आकाशगंगा के भीतर केवल सीमित मात्रा में गामा विकिरण उत्पन्न होता है। इससे कई शोधकर्ता यह निष्कर्ष निकालते हैं कि इसमें एंटीमैटर की कोई ध्यान देने योग्य मात्रा नहीं है। लेकिन यह निष्कर्ष निर्विवाद नहीं है. उदाहरण के लिए, वर्तमान में यह निर्धारित करने का कोई तरीका नहीं है कि पास का तारा पदार्थ से बना है या एंटीमैटर से; एक एंटीमैटर तारा एक सामान्य तारे के समान ही स्पेक्ट्रम उत्सर्जित करता है। इसके अलावा, यह बहुत संभव है कि दुर्लभ पदार्थ जो तारे के चारों ओर की जगह को भरता है और तारे के पदार्थ के समान होता है, विपरीत प्रकार के पदार्थ से भरे क्षेत्रों से अलग हो जाता है - बहुत पतली उच्च तापमान वाली "लीडेनफ्रॉस्ट परतें"। इस प्रकार, हम इंटरस्टेलर और इंटरगैलेक्टिक स्पेस की "सेलुलर" संरचना के बारे में बात कर सकते हैं, जिसमें प्रत्येक कोशिका में या तो पदार्थ या एंटीमैटर होता है। यह परिकल्पना आधुनिक अनुसंधान द्वारा समर्थित है जिसमें दिखाया गया है कि मैग्नेटोस्फीयर और हेलियोस्फीयर (इंटरप्लेनेटरी स्पेस) में एक सेलुलर संरचना होती है। अलग-अलग चुंबकत्व और कभी-कभी अलग-अलग तापमान और घनत्व वाली कोशिकाओं को बहुत पतले वर्तमान कोशों द्वारा अलग किया जाता है। इससे एक विरोधाभासी निष्कर्ष निकलता है कि ये अवलोकन हमारी आकाशगंगा के भीतर भी एंटीमैटर के अस्तित्व का खंडन नहीं करते हैं।

यदि पहले एंटीमैटर के अस्तित्व के पक्ष में कोई ठोस तर्क नहीं थे, तो अब एक्स-रे और गामा-रे खगोल विज्ञान की सफलताओं ने स्थिति बदल दी है। ऊर्जा के विशाल और अक्सर अत्यधिक अव्यवस्थित विमोचन से जुड़ी घटनाएँ देखी गई हैं। सबसे अधिक संभावना है, ऐसी ऊर्जा रिहाई का स्रोत विनाश था।

स्वीडिश भौतिक विज्ञानी ओ. क्लेन ने पदार्थ और एंटीमैटर के बीच समरूपता की परिकल्पना के आधार पर एक ब्रह्माण्ड संबंधी सिद्धांत विकसित किया, और इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि विनाश प्रक्रियाएं ब्रह्मांड के विकास और आकाशगंगाओं की संरचना के निर्माण में निर्णायक भूमिका निभाती हैं।

यह स्पष्ट होता जा रहा है कि मुख्य वैकल्पिक सिद्धांत, "बिग बैंग" सिद्धांत, अवलोकन संबंधी डेटा का गंभीरता से खंडन करता है और "सममित ब्रह्मांड विज्ञान" निकट भविष्य में ब्रह्मांड संबंधी समस्याओं को हल करने में केंद्रीय स्थान लेने की संभावना है।

एंटीमैटर वह पदार्थ है जो केवल एंटीपार्टिकल्स से बना होता है। प्रकृति में, प्रत्येक प्राथमिक कण में एक प्रतिकण होता है।एक इलेक्ट्रॉन के लिए यह एक पॉज़िट्रॉन होगा, और एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रोटॉन के लिए यह एक एंटीप्रोटॉन होगा। साधारण पदार्थ के परमाणु - अन्यथा इसे कहा जाता है सिक्का पदार्थ- एक धनावेशित नाभिक से मिलकर बना होता है जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन घूमते हैं। और एंटीमैटर परमाणुओं के नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक, बदले में, एंटीइलेक्ट्रॉन से घिरे होते हैं।

पदार्थ की संरचना निर्धारित करने वाली शक्तियां कणों और प्रतिकणों दोनों के लिए समान हैं। सीधे शब्दों में कहें तो कण केवल अपने आवेश के चिन्ह में भिन्न होते हैं। यह विशेषता है कि "एंटीमैटर" बिल्कुल सही नाम नहीं है। यह मूलतः एक प्रकार का पदार्थ है जिसमें समान गुण होते हैं और जो आकर्षण पैदा करने में सक्षम होता है।

विनाश

दरअसल, यह पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन के बीच टकराव की प्रक्रिया है। परिणामस्वरूप, भारी ऊर्जा की रिहाई के साथ दोनों कणों का पारस्परिक विनाश (विनाश) होता है। 1 ग्राम एंटीमैटर का विनाश 10 किलोटन टीएनटी चार्ज के विस्फोट के बराबर है!

संश्लेषण

1995 में, यह घोषणा की गई कि पहले नौ एंटीहाइड्रोजन परमाणुओं को संश्लेषित किया गया था।वे 40 नैनोसेकंड तक जीवित रहे और ऊर्जा मुक्त होकर मर गए। और पहले से ही 2002 में, प्राप्त परमाणुओं की संख्या सैकड़ों में थी। लेकिन सभी परिणामी प्रतिकण केवल नैनोसेकंड तक ही जीवित रह सके। हैड्रॉन कोलाइडर के लॉन्च के साथ चीजें बदल गईं: वे 38 एंटीहाइड्रोजन परमाणुओं को संश्लेषित करने और उन्हें पूरे एक सेकंड तक रखने में कामयाब रहे। इस अवधि के दौरान, एंटीमैटर की संरचना पर कुछ शोध करना संभव हो गया। उन्होंने एक विशेष चुंबकीय जाल बनाकर कणों को बनाए रखना सीखा। वांछित प्रभाव प्राप्त करने के लिए, बहुत कम तापमान बनाया जाता है। सच है, ऐसा जाल बहुत बोझिल, जटिल और महंगा मामला है।

एस. स्नेगोव की त्रयी "पीपल लाइक गॉड्स" में, विनाश प्रक्रिया का उपयोग अंतरिक्ष उड़ानों के लिए किया जाता है। उपन्यास के नायक इसका उपयोग करके तारों और ग्रहों को धूल में बदल देते हैं। लेकिन हमारे समय में, एंटीमैटर प्राप्त करना मानवता को खिलाने से कहीं अधिक कठिन और महंगा है।

एंटीमैटर की कीमत कितनी है?

एक मिलीग्राम पॉज़िट्रॉन की कीमत 25 बिलियन डॉलर होनी चाहिए। और एक ग्राम एंटीहाइड्रोजन के लिए आपको 62.5 ट्रिलियन डॉलर चुकाने होंगे।

इतना उदार व्यक्ति अभी तक सामने नहीं आया कि एक ग्राम का सौवाँ भाग भी खरीद सके। कणों और प्रतिकणों के टकराव पर प्रायोगिक कार्य के लिए सामग्री प्राप्त करने के लिए एक ग्राम के एक अरबवें हिस्से के लिए कई सौ मिलियन स्विस फ़्रैंक का भुगतान करना पड़ता था। अभी तक प्रकृति में ऐसा कोई पदार्थ नहीं है जो एंटीमैटर से अधिक महंगा हो।

लेकिन एंटीमैटर के वजन के सवाल के साथ, सब कुछ काफी सरल है। चूँकि यह सामान्य पदार्थ से केवल आवेश में भिन्न होता है, अन्य सभी विशेषताएँ समान होती हैं। इससे पता चलता है कि एक ग्राम एंटीमैटर का वजन ठीक एक ग्राम होगा।

एंटीमैटर की दुनिया

यदि हम यह सत्य मान लें कि ऐसा था, तो इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप पदार्थ और प्रतिपदार्थ दोनों की समान मात्रा उत्पन्न होनी चाहिए थी। तो हम अपने आस-पास एंटीमैटर से बनी वस्तुओं को क्यों नहीं देखते? उत्तर बिल्कुल सरल है: दो प्रकार के पदार्थ एक साथ अस्तित्व में नहीं रह सकते। वे निश्चित रूप से एक दूसरे को नष्ट कर देंगे. यह संभावना है कि एंटीमैटर से बनी आकाशगंगाएँ और यहाँ तक कि ब्रह्मांड भी मौजूद हैं, और हम उनमें से कुछ को देखते भी हैं। लेकिन उनसे वही विकिरण निकलता है, वही प्रकाश आता है, जो सामान्य आकाशगंगाओं से निकलता है। इसलिए, यह निश्चित रूप से कहना अभी भी असंभव है कि क्या एंटीवर्ल्ड मौजूद है या यह एक खूबसूरत परी कथा है।

क्या यह खतरनाक है?

मानवता ने कई उपयोगी खोजों को विनाश का साधन बना दिया है। इस अर्थ में एंटीमैटर अपवाद नहीं हो सकता। विनाश के सिद्धांत पर आधारित एक से अधिक शक्तिशाली हथियार की कल्पना करना अभी तक संभव नहीं है।शायद यह इतना बुरा नहीं है कि एंटीमैटर को निकालना और संग्रहीत करना अभी तक संभव नहीं है? क्या यह एक घातक घंटी बन जाएगी जिसे मानवता अपने आखिरी दिन सुनेगी?

हाल ही में, CERN में ALICE सहयोग के सदस्यों ने रिकॉर्ड सटीकता के साथ एंटीमैटर नाभिक के द्रव्यमान को मापा और यहां तक ​​कि उस ऊर्जा का भी अनुमान लगाया जो एंटीप्रोटोन को एंटीन्यूट्रॉन से बांधती है। अभी तक पदार्थ और एंटीमैटर में इन मापदंडों के बीच कोई खास अंतर नहीं पाया गया है, लेकिन यह मुख्य बात नहीं है। यह महत्वपूर्ण है कि अभी, पिछले कुछ वर्षों में, न केवल प्रतिकण, बल्कि प्रतिनाभिक और यहां तक ​​कि प्रतिपरमाणु भी माप और अवलोकन के लिए उपलब्ध हो रहे हैं। इसका मतलब यह है कि यह पता लगाने का समय आ गया है कि एंटीमैटर क्या है और इसका शोध आधुनिक भौतिकी में क्या स्थान लेता है।

आइए एंटीमैटर के बारे में आपके कुछ पहले प्रश्नों का अनुमान लगाने का प्रयास करें।

क्या यह सच है कि एंटीमैटर का उपयोग करके एक सुपर-शक्तिशाली बम बनाया जा सकता है? क्या यह संभव है कि एंटीमैटर वास्तव में CERN में जमा हो रहा है, जैसा कि फिल्म एंजल्स एंड डेमन्स में दिखाया गया है, और यह बहुत खतरनाक है? क्या यह सच है कि अंतरिक्ष यात्रा के लिए एंटीमैटर एक अत्यंत कुशल ईंधन होगा? क्या पॉज़िट्रॉनिक मस्तिष्क के विचार में कोई सच्चाई है जिसे इसहाक असिमोव ने अपने कार्यों में रोबोटों से संपन्न किया है?...

यह कोई रहस्य नहीं है कि ज्यादातर लोगों के लिए एंटीमैटर किसी बेहद खतरनाक (विस्फोटक रूप से) खतरनाक चीज से जुड़ा है, किसी संदिग्ध चीज से जुड़ा है, किसी ऐसी चीज से जुड़ा है जो शानदार वादों और भारी जोखिमों के साथ कल्पना को उत्तेजित करती है - इसलिए ऐसे सवाल हैं। आइए स्वीकार करें: भौतिकी के नियम सीधे तौर पर इस सब पर रोक नहीं लगाते हैं। हालाँकि, इन विचारों का कार्यान्वयन वास्तविकता से, आधुनिक प्रौद्योगिकियों से और अगले दशकों की प्रौद्योगिकियों से इतना दूर है कि व्यावहारिक उत्तर सरल है: नहीं, आधुनिक दुनिया के लिए यह सच नहीं है। इन विषयों पर बातचीत केवल कल्पना है, जो वास्तविक वैज्ञानिक और तकनीकी उपलब्धियों पर आधारित नहीं है, बल्कि आधुनिक क्षमताओं की सीमा से कहीं अधिक उनके विस्तार पर आधारित है। अगर आप इन विषयों पर गंभीर बातचीत करना चाहते हैं तो 2100 के करीब आइए। अभी के लिए, आइए एंटीमैटर पर वास्तविक वैज्ञानिक शोध के बारे में बात करें।

एंटीमैटर क्या है?

हमारी दुनिया इस तरह से डिज़ाइन की गई है कि प्रत्येक प्रकार के कण - इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, आदि के लिए। - एंटीपार्टिकल्स (पॉज़िट्रॉन, एंटीप्रोटोन, एंटीन्यूट्रॉन) होते हैं। उनका द्रव्यमान समान है और, यदि वे अस्थिर हैं, तो अर्ध-जीवन समान है, लेकिन विपरीत आवेश और अन्य संख्याएं जो परस्पर क्रिया को दर्शाती हैं। पॉज़िट्रॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉनों के समान होता है, लेकिन केवल सकारात्मक चार्ज होता है। एंटीप्रोटोन पर ऋणात्मक आवेश होता है। एंटीन्यूट्रॉन, न्यूट्रॉन की तरह ही विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, लेकिन उनकी बैरियन संख्या विपरीत होती है और वे एंटीक्वार्क से बने होते हैं। एक एंटीन्यूक्लियस को एंटीप्रोटोन और एंटीन्यूट्रॉन से इकट्ठा किया जा सकता है। पॉज़िट्रॉन जोड़कर, हम एंटीएटम बनाते हैं, और उन्हें जमा करके, हम एंटीमैटर प्राप्त करते हैं। यह सब एंटीमैटर है.

और यहां कई दिलचस्प सूक्ष्मताएं हैं जिनके बारे में बात करने लायक है। सबसे पहले, प्रतिकणों का अस्तित्व ही सैद्धांतिक भौतिकी की एक बड़ी जीत है। यह गैर-स्पष्ट, और कुछ लोगों के लिए चौंकाने वाला भी, विचार सैद्धांतिक रूप से पॉल डिराक द्वारा लिया गया था और शुरू में इसे शत्रुता के साथ स्वीकार किया गया था। इसके अलावा, पॉज़िट्रॉन की खोज के बाद भी, कई लोगों को अभी भी एंटीप्रोटॉन के अस्तित्व पर संदेह था। सबसे पहले, उन्होंने कहा, डायराक इलेक्ट्रॉन का वर्णन करने के लिए अपने स्वयं के सिद्धांत के साथ आया था, और यह एक तथ्य नहीं है कि यह प्रोटॉन के लिए काम करेगा। उदाहरण के लिए, प्रोटॉन का चुंबकीय क्षण डिराक सिद्धांत की भविष्यवाणी से कई गुना भिन्न होता है। दूसरे, वे लंबे समय तक कॉस्मिक किरणों में एंटीप्रोटोन के निशान खोजते रहे, लेकिन कुछ नहीं मिला। तीसरा, उन्होंने तर्क दिया - वस्तुतः हमारे शब्दों को दोहराते हुए - कि यदि एंटीप्रोटोन हैं, तो एंटीएटम, एंटीस्टार और एंटीगैलेक्सी भी होंगे, और हम निश्चित रूप से उन्हें भव्य ब्रह्मांडीय विस्फोटों में नोटिस करेंगे। चूंकि हम इसे नहीं देख पाते हैं, ऐसा शायद इसलिए है क्योंकि एंटीमैटर मौजूद नहीं है। इसलिए, 1955 में नए लॉन्च किए गए बेवट्रॉन एक्सेलेरेटर पर एंटीप्रोटॉन की प्रायोगिक खोज एक गैर-तुच्छ परिणाम थी, जिसे 1959 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। 1956 में, उसी त्वरक पर एंटीन्यूट्रॉन की खोज की गई थी। इन खोजों, संदेहों और उपलब्धियों की कहानी कई ऐतिहासिक निबंधों में पाई जा सकती है, उदाहरण के लिए, इस रिपोर्ट में या फ्रैंक क्लोज़ की हालिया पुस्तक एंटीमैटर में।

हालाँकि, यह अलग से कहा जाना चाहिए कि विशुद्ध सैद्धांतिक कथनों में स्वस्थ संदेह हमेशा उपयोगी होता है। उदाहरण के लिए, यह कथन कि प्रतिकणों का द्रव्यमान कणों के समान ही होता है, एक सैद्धांतिक परिणाम है; यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण सीपीटी प्रमेय से अनुसरण करता है। हाँ, माइक्रोवर्ल्ड की आधुनिक, प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण की गई भौतिकी इसी कथन पर बनी है। लेकिन यह अभी भी एक समानता है: कौन जानता है, शायद इस तरह हम सिद्धांत की प्रयोज्यता की सीमाएं पा सकेंगे।

एक अन्य विशेषता: सूक्ष्म जगत की सभी शक्तियां कणों और प्रतिकणों से समान रूप से संबंधित नहीं हैं। विद्युत चुम्बकीय और मजबूत इंटरैक्शन के लिए उनके बीच कोई अंतर नहीं है, कमजोर लोगों के लिए है। इस वजह से, कणों और एंटीपार्टिकल्स की परस्पर क्रिया के कुछ सूक्ष्म विवरण भिन्न होते हैं, उदाहरण के लिए, कण ए के कण बी के एक सेट में और एंटी-ए के एंटी-बी के सेट में क्षय की संभावनाएं (के बारे में अधिक जानकारी के लिए) मतभेद, पावेल पखोव का संग्रह देखें)। यह सुविधा इसलिए उत्पन्न होती है क्योंकि कमजोर इंटरैक्शन हमारी दुनिया की सीपी समरूपता को तोड़ देती है। लेकिन ऐसा क्यों होता है यह प्राथमिक कणों के रहस्यों में से एक है, और इसके लिए ज्ञात सीमाओं से परे जाने की आवश्यकता है।

यहाँ एक और सूक्ष्मता है: कुछ कणों में इतनी कम विशेषताएँ होती हैं कि प्रतिकण और कण एक दूसरे से बिल्कुल भी भिन्न नहीं होते हैं। ऐसे कणों को वास्तव में तटस्थ कहा जाता है। यह एक फोटॉन, एक हिग्स बोसोन, तटस्थ मेसॉन है, जिसमें एक ही प्रकार के क्वार्क और एंटीक्वार्क शामिल हैं। लेकिन न्यूट्रिनो के साथ स्थिति अभी भी अस्पष्ट है: शायद वे वास्तव में तटस्थ (मेजोराना) हैं, या शायद नहीं। न्यूट्रिनो के द्रव्यमान और अंतःक्रिया का वर्णन करने वाले सिद्धांत के लिए यह अत्यंत महत्वपूर्ण है। इस प्रश्न का उत्तर वास्तव में एक बड़ा कदम होगा, क्योंकि इससे हमें अपनी दुनिया की संरचना को समझने में मदद मिलेगी। प्रयोग ने अभी तक इस बारे में कुछ भी स्पष्ट नहीं कहा है। लेकिन न्यूट्रिनो अनुसंधान के लिए प्रायोगिक कार्यक्रम इतना शक्तिशाली है, इसमें इतने सारे प्रयोग किए जा रहे हैं कि भौतिक विज्ञानी धीरे-धीरे समाधान के करीब पहुंच रहे हैं।

यह एंटीमैटर कहाँ है?

जब कोई प्रतिकण अपने कण से मिलता है, तो वह नष्ट हो जाता है: दोनों कण गायब हो जाते हैं और फोटॉन या हल्के कणों के समूह में बदल जाते हैं। बाकी सारी ऊर्जा इस सूक्ष्म विस्फोट की ऊर्जा में बदल जाती है। यह द्रव्यमान का तापीय ऊर्जा में सबसे कुशल रूपांतरण है, जो परमाणु विस्फोट से सैकड़ों गुना अधिक कुशल है। लेकिन हम अपने आस-पास कोई भव्य प्राकृतिक विस्फोट नहीं देखते हैं; प्रकृति में एंटीमैटर प्रशंसनीय मात्रा में मौजूद नहीं है। हालाँकि, अलग-अलग एंटीपार्टिकल्स विभिन्न प्राकृतिक प्रक्रियाओं में पैदा हो सकते हैं।

पॉज़िट्रॉन बनाना सबसे आसान तरीका है। सबसे सरल विकल्प रेडियोधर्मिता है, सकारात्मक बीटा रेडियोधर्मिता के कारण कुछ नाभिकों का क्षय। उदाहरण के लिए, प्रयोगों में ढाई साल के आधे जीवन वाले आइसोटोप सोडियम-22 को अक्सर पॉज़िट्रॉन के स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। एक और, बल्कि अप्रत्याशित प्राकृतिक स्रोत है जिसके दौरान कभी-कभी पॉज़िट्रॉन के विनाश से गामा विकिरण की चमक का पता लगाया जाता है, जिसका अर्थ है कि पॉज़िट्रॉन किसी तरह वहां पैदा हुए थे।

एंटीप्रोटोन और अन्य एंटीपार्टिकल्स बनाना अधिक कठिन है: इसके लिए पर्याप्त रेडियोधर्मी क्षय ऊर्जा नहीं है। प्रकृति में, वे उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणों के प्रभाव में पैदा होते हैं: एक ब्रह्मांडीय प्रोटॉन, वायुमंडल की ऊपरी परतों में कुछ अणुओं से टकराकर, कणों और एंटीपार्टिकल्स की धाराएँ उत्पन्न करता है। हालाँकि, वहां ऐसा होता है, एंटीप्रोटोन लगभग कभी भी जमीन तक नहीं पहुंचते हैं (जो उन लोगों के लिए अज्ञात था जो 40 के दशक में कॉस्मिक किरणों में एंटीप्रोटोन की तलाश कर रहे थे), और आप एंटीप्रोटोन के इस स्रोत को प्रयोगशाला में नहीं ला सकते हैं।

सभी भौतिकी प्रयोगों में, एंटीप्रोटॉन "क्रूर बल" द्वारा निर्मित होते हैं: वे उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन की एक किरण लेते हैं, इसे एक लक्ष्य पर निर्देशित करते हैं, और इस टक्कर में बड़ी मात्रा में उत्पन्न होने वाले "हैड्रॉन स्क्रैप" को छांटते हैं। सॉर्ट किए गए एंटीप्रोटॉन एक बीम के रूप में आउटपुट होते हैं, और फिर उन्हें प्रोटॉन से टकराने के लिए या तो उच्च ऊर्जा तक त्वरित किया जाता है (उदाहरण के लिए, अमेरिकी टेवाट्रॉन कोलाइडर ने इसी तरह काम किया), या, इसके विपरीत, उन्हें धीमा कर दिया जाता है और अधिक सूक्ष्म माप के लिए उपयोग किया जाता है।

सीईआरएन में, जिसे एंटीमैटर अनुसंधान के लंबे इतिहास पर गर्व हो सकता है, एक विशेष "त्वरक" एडी, "एंटीप्रोटॉन मॉडरेटर" है, जो सिर्फ यही कार्य करता है। यह एंटीप्रोटोन का एक बीम लेता है, उन्हें ठंडा करता है (यानी, उन्हें धीमा कर देता है), और फिर कई विशेष प्रयोगों पर धीमे एंटीप्रोटोन के प्रवाह को वितरित करता है। वैसे, यदि आप वास्तविक समय में AD की स्थिति देखना चाहते हैं, तो Cernov ऑनलाइन मॉनिटर इसकी अनुमति देते हैं।

एंटीएटोम्स, यहां तक ​​​​कि सबसे सरल, एंटीहाइड्रोजन परमाणुओं को संश्लेषित करना पहले से ही बहुत मुश्किल है। वे प्रकृति में बिल्कुल भी उत्पन्न नहीं होते - कोई उपयुक्त परिस्थितियाँ नहीं हैं। प्रयोगशाला में भी, एंटीप्रोटोन को पॉज़िट्रॉन के साथ संयोजित करने से पहले कई तकनीकी कठिनाइयों को दूर करना होगा। समस्या यह है कि स्रोतों से उत्सर्जित एंटीप्रोटोन और पॉज़िट्रॉन अभी भी बहुत गर्म हैं; वे प्रति-परमाणु बनने के बजाय बस एक-दूसरे से टकराएंगे और अलग हो जाएंगे। भौतिक विज्ञानी अभी भी इन कठिनाइयों पर काबू पाते हैं, लेकिन काफी चालाक तरीकों से (जैसा कि ASACUSA सर्न प्रयोगों में से एक में किया गया है)।

एंटीन्यूक्ली के बारे में क्या ज्ञात है?

मानव जाति की सभी परमाणुरोधी उपलब्धियाँ केवल प्रतिहाइड्रोजन से संबंधित हैं। अन्य तत्वों के एंटीएटम को अभी तक प्रयोगशाला में संश्लेषित नहीं किया गया है या प्रकृति में नहीं देखा गया है। कारण सरल है: एंटीप्रोटोन की तुलना में एंटीन्यूक्लियर बनाना और भी कठिन है।

एंटीन्यूक्लियर बनाने का एकमात्र तरीका जो हम जानते हैं वह उच्च ऊर्जा के भारी नाभिक से टकराना है और देखना है कि वहां क्या होता है। यदि टकराव की ऊर्जा अधिक है, तो एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन सहित हजारों कण पैदा होंगे और सभी दिशाओं में बिखर जाएंगे। एक दिशा में गलती से उत्सर्जित एंटीप्रोटोन और एंटीन्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ मिलकर एंटीन्यूक्लियस बना सकते हैं।

एलिस डिटेक्टर विभिन्न नाभिकों और एंटीन्यूक्लियों के बीच उनकी ऊर्जा रिलीज और चुंबकीय क्षेत्र में मोड़ की दिशा के आधार पर अंतर कर सकता है।

छवि: सर्न

विधि सरल है, लेकिन बहुत अप्रभावी नहीं: इस तरह से एक नाभिक को संश्लेषित करने की संभावना तेजी से कम हो जाती है क्योंकि न्यूक्लियंस की संख्या बढ़ जाती है। सबसे हल्के एंटीन्यूक्ली, एंटीड्यूटेरॉन, पहली बार ठीक आधी सदी पहले देखे गए थे। एंटीहीलियम-3 को 1971 में देखा गया था। एंटीट्रिटोन और एंटीहेलियम-4 भी ज्ञात हैं, बाद वाले की खोज हाल ही में, 2011 में की गई थी। भारी एंटीन्यूक्ली अभी तक नहीं देखा गया है।

कणों के विभिन्न युग्मों के लिए न्यूक्लियॉन-न्यूक्लियॉन इंटरैक्शन (प्रकीर्णन लंबाई f0 और प्रभावी त्रिज्या d0) का वर्णन करने वाले दो पैरामीटर। लाल तारांकन स्टार सहयोग द्वारा प्राप्त एंटीप्रोटोन की एक जोड़ी का परिणाम है।

दुर्भाग्य से, आप इस तरह से एंटीएटम नहीं बना सकते। एंटीन्यूक्ली न केवल दुर्लभ रूप से उत्पन्न होते हैं, बल्कि उनमें बहुत अधिक ऊर्जा होती है और वे सभी दिशाओं में उड़ जाते हैं। उन्हें कोलाइडर पर पकड़ने और फिर उन्हें एक विशेष चैनल के माध्यम से ले जाकर ठंडा करने की कोशिश करना अवास्तविक है।

हालाँकि, कभी-कभी एंटीन्यूक्लियनों के बीच कार्य करने वाले एंटीन्यूक्लियर बलों के बारे में कुछ दिलचस्प जानकारी प्राप्त करने के लिए उड़ान में एंटीन्यूक्लियर को सावधानीपूर्वक ट्रैक करना पर्याप्त होता है। सबसे सरल बात यह है कि एंटीन्यूक्लियर के द्रव्यमान को सावधानीपूर्वक मापें, इसकी तुलना एंटीप्रोटोन और एंटीन्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से करें और द्रव्यमान दोष की गणना करें, यानी। परमाणु बंधन ऊर्जा. यह हाल ही में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर पर काम कर रहा है; एंटीड्यूटेरॉन और एंटीहेलियम-3 के लिए बंधन ऊर्जा सामान्य नाभिक के साथ त्रुटि की सीमा के भीतर मेल खाती है।

अमेरिकी हेवी आयन कोलाइडर आरएचआईसी में स्टार प्रयोग द्वारा एक और अधिक सूक्ष्म प्रभाव का अध्ययन किया गया। उन्होंने उत्पादित एंटीप्रोटोन के कोणीय वितरण को मापा और पता लगाया कि जब दो एंटीप्रोटोन बहुत करीब दिशा में उत्सर्जित होते हैं तो यह कैसे बदलता है। एंटीप्रोटोन के बीच सहसंबंधों ने पहली बार उनके बीच कार्य करने वाले "एंटीन्यूक्लियर" बलों (बिखरे हुए लंबाई और प्रभावी इंटरैक्शन त्रिज्या) के गुणों को मापना संभव बना दिया; वे प्रोटॉन की परस्पर क्रिया के बारे में ज्ञात जानकारी से मेल खाते हैं।

क्या अंतरिक्ष में एंटीमैटर है?

जब पॉल डिराक ने अपने सिद्धांत से पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व का अनुमान लगाया, तो उन्होंने पूरी तरह से मान लिया कि वास्तविक एंटीवर्ल्ड अंतरिक्ष में कहीं मौजूद हो सकते हैं। अब हम जानते हैं कि ब्रह्मांड के दृश्य भाग में एंटीमैटर से बने कोई तारे, ग्रह या आकाशगंगाएँ नहीं हैं। बात यह भी नहीं है कि विनाशकारी विस्फोट दिखाई नहीं देते; यह पूरी तरह से अकल्पनीय है कि लगातार विकसित हो रहे ब्रह्मांड में वे कैसे बने और आज तक जीवित कैसे रह सकते हैं।

लेकिन यह सवाल कि "यह कैसे हुआ" आधुनिक भौतिकी का एक और बड़ा रहस्य है; वैज्ञानिक भाषा में इसे बैरियोजेनेसिस की समस्या कहा जाता है। विश्व के ब्रह्माण्ड संबंधी चित्र के अनुसार, प्रारंभिक ब्रह्माण्ड में कण और प्रतिकण समान संख्या में थे। फिर, सीपी समरूपता और बेरिऑन संख्या के उल्लंघन के कारण, गतिशील रूप से विकासशील ब्रह्मांड में एंटीमैटर पर पदार्थ की एक छोटी, एक अरबवें स्तर की अधिकता दिखाई देनी चाहिए थी। जैसे ही ब्रह्मांड ठंडा हुआ, सभी प्रतिकण कणों के साथ विलीन हो गए; केवल पदार्थ की यह अधिकता बची रही, जिसने उस ब्रह्मांड को जन्म दिया जिसे हम देखते हैं। यह उसके कारण है कि इसमें कम से कम कुछ दिलचस्प तो बचा हुआ है, यह उसके लिए धन्यवाद है कि हमारा अस्तित्व है। वास्तव में यह विषमता कैसे उत्पन्न हुई यह अज्ञात है। कई सिद्धांत हैं, लेकिन कौन सा सत्य है यह अज्ञात है। यह केवल स्पष्ट है कि यह निश्चित रूप से किसी प्रकार का नया भौतिकी होना चाहिए, एक सिद्धांत जो मानक मॉडल से परे, प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित की गई सीमाओं से परे है।

उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणों में एंटीपार्टिकल्स कहां से आ सकते हैं, इसके लिए तीन विकल्प: 1 - वे आसानी से "ब्रह्मांडीय त्वरक" में उत्पन्न हो सकते हैं और तेज हो सकते हैं, उदाहरण के लिए पल्सर में; 2 - वे अंतरतारकीय माध्यम के परमाणुओं के साथ साधारण ब्रह्मांडीय किरणों की टक्कर के दौरान पैदा हो सकते हैं; 3 - वे भारी डार्क मैटर कणों के क्षय के दौरान उत्पन्न हो सकते हैं।

हालाँकि एंटीमैटर से बने कोई ग्रह या तारे नहीं हैं, फिर भी एंटीमैटर अंतरिक्ष में मौजूद है। विभिन्न ऊर्जाओं के पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटॉन के प्रवाह को उपग्रह ब्रह्मांडीय किरण वेधशालाओं, जैसे पामेला, फर्मी, एएमएस-02 द्वारा दर्ज किया जाता है। तथ्य यह है कि पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटॉन अंतरिक्ष से हमारे पास आते हैं, इसका मतलब है कि वे वहीं कहीं पैदा हुए हैं। उच्च-ऊर्जा प्रक्रियाएं जो उन्हें उत्पन्न कर सकती हैं, सिद्धांत रूप में जानी जाती हैं: ये न्यूट्रॉन सितारों के अत्यधिक चुंबकीय पड़ोस, विभिन्न विस्फोट, इंटरस्टेलर माध्यम में सदमे तरंग मोर्चों पर ब्रह्मांडीय किरणों का त्वरण आदि हैं। प्रश्न यह है कि क्या वे ब्रह्मांडीय प्रतिकणों के प्रवाह के सभी देखे गए गुणों की व्याख्या कर सकते हैं। यदि ऐसा नहीं होता है, तो यह इस तथ्य के पक्ष में साक्ष्य होगा कि उनमें से कुछ काले पदार्थ के कणों के क्षय या विनाश से उत्पन्न होते हैं।

यहां भी एक रहस्य है. 2008 में, PAMELA वेधशाला ने सैद्धांतिक मॉडलिंग की भविष्यवाणी की तुलना में संदिग्ध रूप से बड़ी संख्या में उच्च-ऊर्जा पॉज़िट्रॉन की खोज की। इन परिणामों की हाल ही में AMS-02 स्थापना द्वारा पुष्टि की गई - अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के मॉड्यूल में से एक और, सामान्य तौर पर, अंतरिक्ष में लॉन्च किए गए प्राथमिक कणों का सबसे बड़ा डिटेक्टर (और इकट्ठा किया गया, अनुमान लगाएं कि कहां? - सही ढंग से, CERN में)। पॉज़िट्रॉन की यह अधिकता सिद्धांतकारों के दिमाग को उत्तेजित करती है - आखिरकार, यह "उबाऊ" खगोलभौतिकीय वस्तुएं नहीं हो सकती हैं जो इसके लिए ज़िम्मेदार हैं, बल्कि भारी काले पदार्थ के कण हैं जो इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन में क्षय या नष्ट हो जाते हैं। यहां अभी तक कोई स्पष्टता नहीं है, लेकिन AMS-02 इंस्टालेशन, साथ ही कई महत्वपूर्ण भौतिक विज्ञानी, इस घटना का बहुत सावधानी से अध्ययन कर रहे हैं।

विभिन्न ऊर्जाओं की ब्रह्मांडीय किरणों में एंटीप्रोटोन और प्रोटॉन का अनुपात। बिंदु प्रायोगिक डेटा हैं, बहुरंगी वक्र विभिन्न त्रुटियों के साथ खगोलभौतिकीय अपेक्षाएं हैं।

छवि: कॉर्नेल यूनिवर्सिटी लाइब्रेरी

एंटीप्रोटोन के साथ स्थिति भी अस्पष्ट है। इस वर्ष अप्रैल में, AMS-02 ने एक विशेष वैज्ञानिक सम्मेलन में अनुसंधान के एक नए चक्र के प्रारंभिक परिणाम प्रस्तुत किए। रिपोर्ट का मुख्य आकर्षण यह दावा था कि AMS-02 में बहुत अधिक उच्च-ऊर्जा एंटीप्रोटोन दिखाई देते हैं - और यह डार्क मैटर कणों के क्षय का संकेत भी हो सकता है। हालाँकि, अन्य भौतिक विज्ञानी इस तरह के हर्षित निष्कर्ष से सहमत नहीं हैं। अब यह माना जाता है कि AMS-02 के एंटीप्रोटॉन डेटा को कुछ हद तक पारंपरिक खगोलभौतिकीय स्रोतों द्वारा समझाया जा सकता है। किसी न किसी तरह, हर कोई AMS-02 के नए पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटॉन डेटा का बेसब्री से इंतजार कर रहा है।

AMS-02 पहले ही लाखों पॉज़िट्रॉन और सवा लाख एंटीप्रोटॉन का पता लगा चुका है। लेकिन इस संस्थापन के रचनाकारों का एक उज्ज्वल सपना है - कम से कम एक एंटीन्यूक्लियस को पकड़ने का। यह एक वास्तविक अनुभूति होगी - यह बिल्कुल अविश्वसनीय है कि एंटीन्यूक्लियर अंतरिक्ष में कहीं पैदा होगा और हमारे पास उड़ जाएगा। अब तक, ऐसा कोई मामला सामने नहीं आया है, लेकिन डेटा संग्रह जारी है, और कौन जानता है कि प्रकृति ने हमारे लिए क्या आश्चर्य रखा है।

एंटीमैटर - गुरुत्वाकर्षण विरोधी? वह गुरुत्वाकर्षण को कैसे महसूस करती है?

यदि हम केवल प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित भौतिकी पर भरोसा करते हैं और विदेशी, अभी तक अपुष्ट सिद्धांतों में नहीं जाते हैं, तो गुरुत्वाकर्षण को एंटीमैटर पर बिल्कुल उसी तरह कार्य करना चाहिए जैसे पदार्थ पर। एंटीमैटर के लिए कोई एंटीग्रेविटी अपेक्षित नहीं है। यदि हम खुद को ज्ञात की सीमाओं से परे, थोड़ा आगे देखने की अनुमति देते हैं, तो विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक रूप से संभावित विकल्प तब होते हैं, जब सामान्य सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा, कुछ अतिरिक्त होता है जो पदार्थ और एंटीमैटर पर अलग-अलग कार्य करता है। यह संभावना कितनी भी भ्रामक क्यों न लगे, इसे प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित करने की आवश्यकता है, और इसके लिए यह जांचने के लिए प्रयोग करना आवश्यक है कि एंटीमैटर पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण को कैसे महसूस करता है।

लंबे समय तक ऐसा करना वास्तव में इस साधारण कारण से संभव नहीं था कि इसके लिए व्यक्तिगत एंटीमैटर परमाणुओं को बनाना, उन्हें फंसाना और उनके साथ प्रयोग करना आवश्यक है। अब हमने सीख लिया है कि यह कैसे करना है, इसलिए लंबे समय से प्रतीक्षित परीक्षण अब निकट ही है।

परिणामों का मुख्य आपूर्तिकर्ता वही CERN है जिसका एंटीमैटर के अध्ययन के लिए व्यापक कार्यक्रम है। इनमें से कुछ प्रयोगों ने पहले ही अप्रत्यक्ष रूप से सत्यापित कर दिया है कि एंटीमैटर का गुरुत्वाकर्षण ठीक है। उदाहरण के लिए, उन्होंने पाया कि एंटीप्रोटॉन का (निष्क्रिय) द्रव्यमान बहुत उच्च सटीकता के साथ प्रोटॉन के द्रव्यमान से मेल खाता है। यदि गुरुत्वाकर्षण ने एंटीप्रोटोन पर अलग तरह से कार्य किया होता, तो भौतिकविदों ने अंतर देखा होता - आखिरकार, तुलना एक ही स्थापना में और समान परिस्थितियों में की गई थी। इस प्रयोग का परिणाम: एंटीप्रोटोन पर गुरुत्वाकर्षण का प्रभाव दस लाखवें हिस्से से बेहतर सटीकता के साथ प्रोटॉन पर प्रभाव से मेल खाता है।

हालाँकि, यह माप अप्रत्यक्ष है। अधिक आश्वस्त होने के लिए, मैं एक सीधा प्रयोग करना चाहूंगा: कई एंटीमैटर परमाणु लें, उन्हें गिराएं और देखें कि वे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में कैसे गिरते हैं। CERN में भी ऐसे प्रयोग किये जा रहे हैं या तैयार किये जा रहे हैं। पहला प्रयास बहुत प्रभावशाली नहीं था. 2013 में, अल्फा प्रयोग - जिसने तब तक पहले से ही अपने जाल में एंटीहाइड्रोजन के एक बादल को पकड़ना सीख लिया था - ने यह निर्धारित करने की कोशिश की कि यदि जाल बंद कर दिया गया तो एंटीएटम कहाँ गिरेंगे। दुर्भाग्य से, प्रयोग की कम संवेदनशीलता के कारण, एक स्पष्ट उत्तर प्राप्त करना संभव नहीं था: बहुत कम समय बीत चुका था, एंटीटोम्स जाल में आगे और पीछे भाग रहे थे, और विनाश का प्रकोप यहां और वहां हुआ था।

दो अन्य सर्न प्रयोग स्थिति में मौलिक सुधार का वादा करते हैं: जीबीएआर और एईजीआईएस। ये दोनों प्रयोग अलग-अलग तरीकों से परीक्षण करेंगे कि अति-ठंडा एंटीहाइड्रोजन का बादल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में कैसे गिरता है। एंटीमैटर के लिए गुरुत्वाकर्षण के त्वरण को मापने में उनकी अपेक्षित सटीकता लगभग 1% है। दोनों इंस्टॉलेशन वर्तमान में असेंबली और डिबगिंग चरण में हैं, और मुख्य शोध 2017 में शुरू होगा, जब एडी एंटीप्रोटन मॉडरेटर को नए एलेना स्टोरेज रिंग द्वारा पूरक किया जाएगा।

ठोस पदार्थ में पॉज़िट्रॉन व्यवहार के प्रकार।

छवि: Nature.com

यदि कोई पॉज़िट्रॉन पदार्थ में प्रवेश कर जाए तो क्या होगा?

क्वार्ट्ज सतह पर आणविक पॉज़िट्रोनियम का निर्माण।

छवि: क्लिफ़ोर्ड एम. सुरको / परमाणु भौतिकी: एंटीमैटर सूप का एक झोंका

यदि आपने अब तक पढ़ा है, तो आप पहले से ही अच्छी तरह से जानते हैं कि जैसे ही एंटीमैटर का एक कण सामान्य पदार्थ में प्रवेश करता है, विनाश होता है: कण और एंटीपार्टिकल गायब हो जाते हैं और विकिरण में बदल जाते हैं। लेकिन यह कितनी जल्दी होता है? आइए एक पॉज़िट्रॉन की कल्पना करें जो निर्वात से उड़कर एक ठोस पदार्थ में प्रवेश कर गया। क्या यह पहले परमाणु के संपर्क में आने पर नष्ट हो जाएगा? बिल्कुल भी जरूरी नहीं! एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का विनाश एक तात्कालिक प्रक्रिया नहीं है; परमाणु पैमाने पर इसके लिए लंबे समय की आवश्यकता होती है। इसलिए, पॉज़िट्रॉन गैर-तुच्छ घटनाओं से भरे पदार्थ में एक उज्ज्वल जीवन जीने का प्रबंधन करता है।

सबसे पहले, एक पॉज़िट्रॉन एक अनाथ इलेक्ट्रॉन को उठा सकता है और एक बाध्य अवस्था, पॉज़िट्रोनियम (Ps) बना सकता है। एक उपयुक्त स्पिन अभिविन्यास को देखते हुए, पॉज़िट्रोनियम विनाश से पहले दसियों नैनोसेकंड तक जीवित रह सकता है। ठोस पदार्थ में होने के कारण इस दौरान इसे लाखों बार परमाणुओं से टकराने का समय मिलेगा, क्योंकि कमरे के तापमान पर पॉज़िट्रोनियम की तापीय गति लगभग 25 किमी/सेकंड होती है।

दूसरे, किसी पदार्थ में बहते हुए, पॉज़िट्रोनियम सतह पर आ सकता है और वहां चिपक सकता है - यह परमाणु सोखना का एक पॉज़िट्रॉनिक (या बल्कि, पॉज़िट्रोनियम) एनालॉग है। कमरे के तापमान पर, यह एक स्थान पर नहीं बैठता, बल्कि सक्रिय रूप से सतह पर भ्रमण करता है। और अगर यह बाहरी सतह नहीं, बल्कि नैनोमीटर आकार का छिद्र है, तो पॉज़िट्रोनियम इसमें लंबे समय तक फंसा रहता है।

आगे। ऐसे प्रयोगों के लिए मानक सामग्री, झरझरा क्वार्ट्ज में, छिद्रों को अलग नहीं किया जाता है, बल्कि नैनोचैनल द्वारा एक सामान्य नेटवर्क में जोड़ा जाता है। गर्म पॉज़िट्रोनियम, सतह पर रेंगते हुए, सैकड़ों छिद्रों की जांच करने का समय होगा। और चूंकि इस तरह के प्रयोगों में बहुत सारे पॉज़िट्रोनियम बनते हैं और उनमें से लगभग सभी छिद्रों में रेंगते हैं, देर-सबेर वे एक-दूसरे से टकराते हैं और, परस्पर क्रिया करते हुए, कभी-कभी वास्तविक अणु बनाते हैं - आणविक पॉज़िट्रोनियम, पीएस 2। फिर आप अध्ययन कर सकते हैं कि पॉज़िट्रोनियम गैस कैसे व्यवहार करती है, पॉज़िट्रोनियम की कौन सी उत्तेजित अवस्थाएँ हैं, आदि। और यह मत सोचो कि ये विशुद्ध सैद्धांतिक विचार हैं; इन सभी प्रभावों का पहले ही प्रयोगात्मक परीक्षण और अध्ययन किया जा चुका है।

क्या एंटीमैटर का कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग है?

बिल्कुल। सामान्य तौर पर, कोई भी भौतिक प्रक्रिया, अगर यह हमारे लिए हमारी दुनिया के कुछ नए पहलुओं को खोलती है और इसके लिए किसी अतिरिक्त लागत की आवश्यकता नहीं होती है, तो निश्चित रूप से इसे व्यावहारिक अनुप्रयोग मिलेगा। इसके अलावा, ऐसे अनुप्रयोग जिनकी हमने स्वयं कल्पना नहीं की होती अगर हमने इस घटना के वैज्ञानिक पक्ष की खोज और अध्ययन नहीं किया होता।

एंटीपार्टिकल्स का सबसे प्रसिद्ध अनुप्रयोग पीईटी, पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी है। सामान्य तौर पर, परमाणु भौतिकी में चिकित्सा अनुप्रयोगों का एक प्रभावशाली ट्रैक रिकॉर्ड है, और एंटीपार्टिकल्स भी यहां निष्क्रिय नहीं हैं। पीईटी के साथ, एक दवा की एक छोटी खुराक रोगी के शरीर में इंजेक्ट की जाती है, जिसमें एक अस्थिर आइसोटोप होता है जिसका जीवनकाल कम होता है (मिनटों से घंटों तक) और सकारात्मक बीटा क्षय के कारण क्षय होता है। दवा वांछित ऊतकों में जमा हो जाती है, नाभिक क्षय हो जाता है और पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करता है, जो पास में नष्ट हो जाता है और एक निश्चित ऊर्जा के दो गामा क्वांटा का उत्पादन करता है। डिटेक्टर उन्हें पंजीकृत करता है, उनके आगमन की दिशा और समय निर्धारित करता है, और उस स्थान को पुनर्स्थापित करता है जहां क्षय हुआ था। इससे उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन और न्यूनतम विकिरण खुराक के साथ पदार्थ के वितरण का त्रि-आयामी मानचित्र बनाना संभव हो जाता है।

पॉज़िट्रॉन का उपयोग सामग्री विज्ञान में भी किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, किसी पदार्थ की सरंध्रता को मापने के लिए। यदि पदार्थ निरंतर है, तो पर्याप्त गहराई पर पदार्थ में फंसे पॉज़िट्रॉन बहुत जल्दी नष्ट हो जाते हैं और गामा किरणें उत्सर्जित करते हैं। यदि पदार्थ के अंदर नैनोपोर्स हैं, तो विनाश में देरी होती है क्योंकि पॉज़िट्रोनियम छिद्र की सतह पर चिपक जाता है। इस देरी को मापकर, गैर-संपर्क और गैर-विनाशकारी विधि का उपयोग करके किसी पदार्थ की नैनोपोरसिटी की डिग्री निर्धारित करना संभव है। इस तकनीक को हाल के काम से दर्शाया गया है कि सतह पर वाष्प जमा होने पर नैनोपोर्स बर्फ की सबसे पतली परत में कैसे दिखाई देते हैं और बंद हो जाते हैं। एक समान दृष्टिकोण अर्धचालक क्रिस्टल में संरचनात्मक दोषों का अध्ययन करते समय भी काम करता है, उदाहरण के लिए, रिक्तियां और अव्यवस्थाएं, और किसी को सामग्री की संरचनात्मक थकान को मापने की अनुमति देती है।

एंटीप्रोटोन में चिकित्सीय अनुप्रयोग भी हो सकते हैं। अब उसी CERN में ACE प्रयोग किया जा रहा है, जो जीवित कोशिकाओं पर एक एंटीप्रोटोन किरण के प्रभाव का अध्ययन करता है। इसका लक्ष्य कैंसर चिकित्सा के लिए एंटीप्रोटोन के उपयोग की संभावनाओं का अध्ययन करना है।

किसी पदार्थ से गुजरने पर आयन किरण और एक्स-रे की ऊर्जा रिलीज।

छवि: जोहान्स गुटलेबर/सर्न

यह विचार पाठक को आदत से भयभीत कर सकता है: यह कैसे हो सकता है कि एक एंटीप्रोटोन किरण एक जीवित व्यक्ति पर हमला करती है?! हाँ, और यह एक्स-रे के साथ गहरे ट्यूमर को विकिरणित करने से कहीं अधिक सुरक्षित है! विशेष रूप से चयनित ऊर्जा का एक एंटीप्रोटोन बीम एक सर्जन के हाथों में एक प्रभावी उपकरण बन जाता है जिसके साथ शरीर के अंदर गहरे ट्यूमर को जलाना और आसपास के ऊतकों पर प्रभाव को कम करना संभव होता है। एक्स-रे के विपरीत, जो किरण के नीचे आने वाली हर चीज को जला देता है, भारी आवेशित कण पदार्थ के माध्यम से अपने रास्ते पर रुकने से पहले अंतिम सेंटीमीटर में अपनी ऊर्जा का बड़ा हिस्सा छोड़ते हैं। कणों की ऊर्जा को समायोजित करके, आप उस गहराई को अलग-अलग कर सकते हैं जिस पर कण रुकते हैं; यह वह क्षेत्र है, जिसका आकार मिलीमीटर है, जो मुख्य विकिरण प्रभाव को सहन करेगा।

इस प्रकार की प्रोटॉन बीम रेडियोथेरेपी का उपयोग लंबे समय से दुनिया भर के कई सुसज्जित क्लीनिकों में किया जाता रहा है। हाल ही में, उनमें से कुछ ने आयन थेरेपी पर स्विच किया है, जो प्रोटॉन के बजाय कार्बन आयनों की एक किरण का उपयोग करता है। उनके लिए, ऊर्जा रिलीज़ प्रोफ़ाइल और भी अधिक विपरीत है, जिसका अर्थ है कि "चिकित्सीय प्रभाव बनाम दुष्प्रभाव" जोड़ी की प्रभावशीलता बढ़ जाती है। लेकिन इस उद्देश्य के लिए एंटीप्रोटोन को आज़माने का प्रस्ताव लंबे समय से किया गया है। आख़िरकार, जब वे किसी पदार्थ में प्रवेश करते हैं, तो वे न केवल अपनी गतिज ऊर्जा छोड़ देते हैं, बल्कि रुकने के बाद नष्ट भी हो जाते हैं - और इससे ऊर्जा का विमोचन कई गुना बढ़ जाता है। यह अतिरिक्त ऊर्जा कहाँ जमा होती है यह एक जटिल प्रश्न है और नैदानिक ​​परीक्षण शुरू करने से पहले इसका सावधानीपूर्वक अध्ययन किया जाना चाहिए।

एसीई प्रयोग बिल्कुल यही करता है। इसमें, शोधकर्ता बैक्टीरिया कल्चर वाले क्युवेट के माध्यम से एंटीप्रोटोन की एक किरण को पास करते हैं और स्थान, बीम मापदंडों और पर्यावरण की भौतिक विशेषताओं के आधार पर उनके अस्तित्व को मापते हैं। तकनीकी डेटा का यह व्यवस्थित और शायद उबाऊ संग्रह किसी भी नई तकनीक का एक महत्वपूर्ण प्रारंभिक चरण है।

इगोर इवानोव

ज्ञान की पारिस्थितिकी: एंटीमैटर लंबे समय से विज्ञान कथा का विषय रहा है। पुस्तक और फिल्म एंजल्स एंड डेमन्स में, प्रोफेसर लैंगडन वेटिकन को एक एंटीमैटर बम से बचाने की कोशिश करते हैं। स्टार ट्रेक स्टारशिप एंटरप्राइज़ पर आधारित एक इंजन का उपयोग करता है

एंटीमैटर लंबे समय से विज्ञान कथा का विषय रहा है। पुस्तक और फिल्म एंजल्स एंड डेमन्स में, प्रोफेसर लैंगडन वेटिकन को एक एंटीमैटर बम से बचाने की कोशिश करते हैं। स्टार ट्रेक का स्टारशिप एंटरप्राइज प्रकाश की गति से भी तेज यात्रा करने के लिए विनाशकारी एंटीमैटर प्रणोदन का उपयोग करता है। लेकिन एंटीमैटर भी हमारी वास्तविकता की एक वस्तु है। एंटीमैटर कण वस्तुतः अपने भौतिक साझेदारों के समान होते हैं, सिवाय इसके कि वे विपरीत चार्ज और स्पिन लेते हैं। जब एंटीमैटर पदार्थ से मिलता है, तो वे तुरंत ऊर्जा में बदल जाते हैं, और यह अब कल्पना नहीं है।

हालाँकि एंटीमैटर बम और एक ही ईंधन से चलने वाले जहाज अभी तक व्यावहारिक संभावनाएँ नहीं हैं, लेकिन एंटीमैटर के बारे में कई तथ्य हैं जो आपको आश्चर्यचकित कर देंगे या आपकी याददाश्त को ताज़ा कर देंगे जो आप पहले से ही जानते थे।

1. बिग बैंग के बाद एंटीमैटर को ब्रह्मांड के सभी पदार्थों को नष्ट कर देना चाहिए था

सिद्धांत के अनुसार, बिग बैंग ने समान मात्रा में पदार्थ और एंटीमैटर का निर्माण किया। जब वे मिलते हैं, तो परस्पर विनाश होता है, विनाश होता है और केवल शुद्ध ऊर्जा ही रह जाती है। इसके आधार पर हमारा अस्तित्व नहीं होना चाहिए.

लेकिन हमारा अस्तित्व है. और जहां तक ​​भौतिकविदों को पता है, ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रत्येक अरब पदार्थ-एंटीमैटर जोड़े के लिए पदार्थ का एक अतिरिक्त कण होता था। भौतिक विज्ञानी इस विषमता को समझाने की पूरी कोशिश कर रहे हैं।

2. एंटीमैटर जितना आप सोचते हैं उससे कहीं ज्यादा आपके करीब है

एंटीमैटर की थोड़ी मात्रा अंतरिक्ष से कॉस्मिक किरणों, ऊर्जावान कणों के रूप में लगातार पृथ्वी पर बरसती रहती है। ये एंटीमैटर कण एक से लेकर सौ प्रति वर्ग मीटर से अधिक के स्तर पर हमारे वायुमंडल में पहुँचते हैं। वैज्ञानिकों के पास इस बात के भी प्रमाण हैं कि एंटीमैटर तूफान के दौरान बनता है।

एंटीमैटर के अन्य स्रोत भी हैं जो हमारे करीब हैं। उदाहरण के लिए, केले लगभग हर 75 मिनट में एक बार एक पॉज़िट्रॉन - एक इलेक्ट्रॉन के बराबर एंटीमैटर - उत्सर्जित करके एंटीमैटर का उत्पादन करते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि केले में थोड़ी मात्रा में पोटेशियम -40 होता है, जो पोटेशियम का प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला आइसोटोप है। पोटेशियम-40 का क्षय कभी-कभी पॉज़िट्रॉन उत्पन्न करता है।

हमारे शरीर में पोटेशियम-40 भी होता है, जिसका अर्थ है कि आप पॉज़िट्रॉन भी उत्सर्जित करते हैं। एंटीमैटर पदार्थ के संपर्क में आने पर तुरंत नष्ट हो जाता है, इसलिए ये एंटीमैटर कण बहुत लंबे समय तक नहीं टिकते हैं।

3. लोग बहुत कम एंटीमैटर बनाने में कामयाब रहे

एंटीमैटर और पदार्थ के विनाश से भारी मात्रा में ऊर्जा निकलने की क्षमता है। एक ग्राम एंटीमैटर परमाणु बम के आकार का विस्फोट कर सकता है। हालाँकि, लोगों ने बहुत अधिक एंटीमैटर का उत्पादन नहीं किया है, इसलिए डरने की कोई बात नहीं है।

फ़र्मिलाब के टेवाट्रॉन कण त्वरक पर बनाए गए सभी एंटीप्रोटोन मुश्किल से 15 नैनोग्राम मापेंगे। CERN ने आज तक केवल 1 नैनोग्राम का ही उत्पादन किया है। जर्मनी में DESY में - 2 नैनोग्राम से अधिक पॉज़िट्रॉन नहीं।

यदि मनुष्य द्वारा निर्मित सभी एंटीमैटर को तुरंत नष्ट कर दिया जाए, तो इसकी ऊर्जा एक कप चाय उबालने के लिए भी पर्याप्त नहीं होगी।

समस्या एंटीमैटर के उत्पादन और भंडारण की दक्षता और लागत में निहित है। 1 ग्राम एंटीमैटर बनाने के लिए लगभग 25 मिलियन बिलियन किलोवाट-घंटे ऊर्जा की आवश्यकता होती है और इसकी लागत एक मिलियन बिलियन डॉलर से अधिक होती है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि एंटीमैटर को कभी-कभी हमारी दुनिया के दस सबसे महंगे पदार्थों की सूची में शामिल किया जाता है।

4. एंटीमैटर ट्रैप जैसी कोई चीज होती है

एंटीमैटर का अध्ययन करने के लिए, आपको इसे पदार्थ के साथ नष्ट होने से रोकना होगा। वैज्ञानिकों ने ऐसा करने के कई तरीके खोजे हैं।

आवेशित एंटीमैटर कण, जैसे पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटोन, तथाकथित पेनिंग ट्रैप में संग्रहीत किए जा सकते हैं। वे छोटे कण त्वरक की तरह हैं। उनके अंदर, कण एक सर्पिल में चलते हैं जबकि चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र उन्हें जाल की दीवारों से टकराने से रोकते हैं।

हालाँकि, पेनिंग ट्रैप एंटीहाइड्रोजन जैसे तटस्थ कणों के लिए काम नहीं करते हैं। चूँकि इनमें कोई आवेश नहीं होता, इसलिए इन कणों को विद्युत क्षेत्रों द्वारा सीमित नहीं किया जा सकता। उन्हें इओफ़े जाल में रखा जाता है, जो अंतरिक्ष का एक क्षेत्र बनाकर काम करते हैं जहां चुंबकीय क्षेत्र सभी दिशाओं में मजबूत हो जाता है। एंटीमैटर कण सबसे कमजोर चुंबकीय क्षेत्र वाले क्षेत्र में फंस जाते हैं।

पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र एंटीमैटर जाल के रूप में कार्य कर सकता है। एंटीप्रोटोन पृथ्वी के चारों ओर कुछ निश्चित क्षेत्रों में पाए गए - वैन एलन विकिरण बेल्ट।

5. एंटीमैटर गिर सकता है (वस्तुतः)

पदार्थ और एंटीमैटर कणों का द्रव्यमान समान होता है, लेकिन विद्युत आवेश और स्पिन जैसे गुणों में भिन्नता होती है। मानक मॉडल भविष्यवाणी करता है कि गुरुत्वाकर्षण को पदार्थ और एंटीमैटर को समान रूप से प्रभावित करना चाहिए, लेकिन यह निश्चित रूप से देखा जाना बाकी है। एईजीआईएस, अल्फा और जीबीएआर जैसे प्रयोग इस पर काम कर रहे हैं।

एंटीमैटर में गुरुत्वाकर्षण प्रभाव को देखना पेड़ से सेब को गिरते हुए देखने जितना आसान नहीं है। इन प्रयोगों के लिए एंटीमैटर को फंसाए रखने या पूर्ण शून्य से ठीक ऊपर के तापमान पर ठंडा करके इसे धीमा करने की आवश्यकता होती है। और क्योंकि गुरुत्वाकर्षण मूलभूत बलों में सबसे कमजोर है, भौतिकविदों को बिजली के अधिक शक्तिशाली बल के साथ बातचीत को रोकने के लिए इन प्रयोगों में तटस्थ एंटीमैटर कणों का उपयोग करना चाहिए।

6. एंटीमैटर का अध्ययन कण मॉडरेटर में किया जा रहा है

क्या आपने कण त्वरक के बारे में सुना है, और क्या आपने कण मॉडरेटर के बारे में सुना है? CERN के पास एंटीप्रोटॉन डिसेलेरेटर नामक एक मशीन है, जो एंटीप्रोटॉन को उनके गुणों और व्यवहार का अध्ययन करने के लिए एक रिंग में फंसाती और धीमा करती है।

लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर जैसे रिंग के आकार के कण त्वरक में, कणों को हर बार एक चक्र पूरा करने पर ऊर्जावान बढ़ावा मिलता है। मॉडरेटर विपरीत तरीके से काम करते हैं: कणों को तेज करने के बजाय, उन्हें विपरीत दिशा में धकेल दिया जाता है।

7. न्यूट्रिनो अपने स्वयं के प्रतिकण हो सकते हैं

पदार्थ के एक कण और उसके प्रति-पदार्थ साझेदार पर विपरीत आवेश होते हैं, जिससे उनमें अंतर करना आसान हो जाता है। न्यूट्रिनो, लगभग द्रव्यमानहीन कण जो शायद ही कभी पदार्थ के साथ संपर्क करते हैं, उन पर कोई चार्ज नहीं होता है। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि वे मेजराना कण हो सकते हैं, कणों का एक काल्पनिक वर्ग जो अपने स्वयं के प्रतिकण हैं।

मेजराना डिमॉन्स्ट्रेटर और EXO-200 जैसी परियोजनाओं का लक्ष्य तथाकथित न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय के व्यवहार को देखकर यह निर्धारित करना है कि क्या न्यूट्रिनो वास्तव में मेजराना कण हैं।

कुछ रेडियोधर्मी नाभिक एक साथ क्षय होकर दो इलेक्ट्रॉन और दो न्यूट्रिनो उत्सर्जित करते हैं। यदि न्यूट्रिनो अपने स्वयं के प्रतिकण होते, तो वे दोहरे क्षय के बाद नष्ट हो जाते, जिससे वैज्ञानिकों के पास निरीक्षण करने के लिए केवल इलेक्ट्रॉन रह जाते।

मेजराना न्यूट्रिनो की खोज यह समझाने में मदद कर सकती है कि पदार्थ-एंटीमैटर विषमता क्यों मौजूद है। भौतिकविदों का सुझाव है कि मेजराना न्यूट्रिनो या तो भारी या हल्के हो सकते हैं। हल्के वाले आज भी मौजूद हैं, लेकिन भारी वाले बिग बैंग के तुरंत बाद अस्तित्व में थे। भारी मेजराना न्यूट्रिनो का असमान रूप से क्षय हुआ, जिसके परिणामस्वरूप थोड़ी मात्रा में पदार्थ प्रकट हुआ जिसने हमारे ब्रह्मांड को भर दिया।

8. एंटीमैटर का उपयोग चिकित्सा में किया जाता है

पीईटी, पीईटी (पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन स्थलाकृति) शरीर की उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियां बनाने के लिए पॉज़िट्रॉन का उपयोग करता है। पॉज़िट्रॉन-उत्सर्जक रेडियोधर्मी आइसोटोप (जैसे केले में पाए जाते हैं) ग्लूकोज जैसे रसायनों से जुड़ जाते हैं, जो शरीर में पाए जाते हैं। उन्हें रक्तप्रवाह में इंजेक्ट किया जाता है, जहां वे पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करते हुए स्वाभाविक रूप से सड़ जाते हैं। वे, बदले में, शरीर के इलेक्ट्रॉनों से मिलते हैं और नष्ट हो जाते हैं। एनीहिलेशन से गामा किरणें उत्पन्न होती हैं, जिनका उपयोग छवियों के निर्माण के लिए किया जाता है।

CERN के ACE प्रोजेक्ट के वैज्ञानिक कैंसर के इलाज के संभावित उम्मीदवार के रूप में एंटीमैटर का अध्ययन कर रहे हैं। डॉक्टरों ने पहले ही पता लगा लिया है कि वे कणों की किरणों को ट्यूमर पर निर्देशित कर सकते हैं, और स्वस्थ ऊतकों से सुरक्षित रूप से गुजरने के बाद ही अपनी ऊर्जा जारी कर सकते हैं। एंटीप्रोटोन के उपयोग से ऊर्जा का अतिरिक्त विस्फोट होगा। यह तकनीक हैम्स्टर्स के इलाज के लिए प्रभावी पाई गई है, लेकिन अभी तक मनुष्यों में इसका परीक्षण नहीं किया गया है।

9. एंटीमैटर अंतरिक्ष में छिपा हो सकता है

वैज्ञानिक जिस तरह से पदार्थ-एंटीमैटर असममिति की समस्या को हल करने की कोशिश कर रहे हैं, वह बिग बैंग से बचे एंटीमैटर की खोज करना है।

अल्फा मैग्नेटिक स्पेक्ट्रोमीटर (एएमएस) अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर स्थित एक कण डिटेक्टर है जो ऐसे कणों की तलाश करता है। एएमएस में चुंबकीय क्षेत्र होते हैं जो ब्रह्मांडीय कणों के मार्ग को मोड़ते हैं और पदार्थ को एंटीमैटर से अलग करते हैं। इसके डिटेक्टरों को ऐसे कणों का पता लगाना और पहचानना होगा जैसे वे गुजरते हैं।

कॉस्मिक किरणों के टकराव से आम तौर पर पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटोन उत्पन्न होते हैं, लेकिन इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा की भारी मात्रा के कारण एंटीहीलियम परमाणु बनाने की संभावना बेहद कम रहती है। इसका मतलब यह है कि एक भी एंटीहेलियम न्यूक्लियोलस का अवलोकन ब्रह्मांड में कहीं और विशाल मात्रा में एंटीमैटर के अस्तित्व का शक्तिशाली सबूत होगा।

10. लोग वास्तव में अध्ययन कर रहे हैं कि एंटीमैटर ईंधन से अंतरिक्ष यान को कैसे ऊर्जा दी जाए।

एंटीमैटर का थोड़ा सा हिस्सा भारी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है, जिससे यह विज्ञान कथाओं में भविष्य के जहाजों के लिए एक लोकप्रिय ईंधन बन सकता है।

एंटीमैटर रॉकेट प्रणोदन काल्पनिक रूप से संभव है; ऐसा होने के लिए मुख्य सीमा पर्याप्त एंटीमैटर एकत्र करना है।

ऐसे अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक मात्रा में एंटीमैटर का बड़े पैमाने पर उत्पादन या संग्रह करने की तकनीक अभी तक मौजूद नहीं है। हालाँकि, वैज्ञानिक इसी एंटीमैटर की ऐसी गति और भंडारण का अनुकरण करने पर काम कर रहे हैं। एक दिन, अगर हमें बड़ी मात्रा में एंटीमैटर का उत्पादन करने का कोई तरीका मिल जाए, तो उनका शोध अंतरतारकीय यात्रा को वास्तविकता बनाने में मदद कर सकता है।प्रकाशित

किसी भी प्रकार की जानकारी की सार्वजनिक उपलब्धता, विज्ञान कथा फिल्मों की प्रचुरता, जिनके विषय कुछ वैज्ञानिक या छद्म वैज्ञानिक समस्याओं से संबंधित हैं, सनसनीखेज उपन्यासों की लोकप्रियता - इन सबके कारण हमारे बारे में काफी संख्या में मिथकों का निर्माण हुआ है। दुनिया। उदाहरण के लिए, दुनिया के अंत की संभावनाओं को दर्शाने वाले कई सिद्धांतों के कारण, "एंटीमैटर" की अवधारणा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा है। कला और सर्वनाशी सिद्धांतों के कार्यों में, एंटीमैटर एक निश्चित पदार्थ को संदर्भित करता है जिसके गुण पदार्थ, पदार्थ के विपरीत होते हैं। एक प्रकार का ब्लैक होल जो अपने आकर्षण क्षेत्र में आने वाली हर चीज़ को अवशोषित और नष्ट कर देता है। एंटीमैटर क्या है, वास्तव में, आपको लेखकों, निर्देशकों और सामान्य पतन की उम्मीद से ग्रस्त लोगों से नहीं, बल्कि वैज्ञानिकों से पूछने की ज़रूरत है।

एंटीपार्टिकल्स और एंटीमैटर ब्रह्मांड का एक सामान्य हिस्सा हैं

वैज्ञानिक आपको बताएंगे कि एंटीमैटर में कुछ भी भयानक या विनाशकारी नहीं है। यदि केवल इस तथ्य के कारण कि पदार्थ और एंटीमैटर का विरोध करना असंभव है - जिसे आमतौर पर एंटीमैटर कहा जाता है वह वास्तव में एक प्रकार का पदार्थ है, अर्थात पदार्थ। वैज्ञानिक वर्गीकरण के अनुसार, पदार्थ के कणों को आमतौर पर भौतिक संरचना कहा जाता है जिसमें प्राथमिक कणों से घिरे परमाणु होते हैं। परमाणु का मूल भाग नाभिक होता है, जिस पर धनात्मक आवेश होता है, और इसके चारों ओर के प्राथमिक कण ऋणात्मक आवेशित होते हैं। ये वही इलेक्ट्रॉन हैं जिनका नाम हम रोजमर्रा की जिंदगी में इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिकल उपकरणों का जिक्र करते समय हर दिन लेते हैं।

एंटीमैटर में एंटीपार्टिकल्स होते हैं, यानी वे भौतिक संरचनाएं जिनके नाभिक पर नकारात्मक चार्ज होता है, और उनके आसपास के कणों पर सकारात्मक चार्ज होता है।

सकारात्मक प्राथमिक कणों की खोज वैज्ञानिकों ने 1932 में ही की थी और इन्हें पॉज़िट्रॉन कहा जाता था। कणों और प्रतिकणों, पदार्थ और प्रतिपदार्थ की परस्पर क्रिया में भी कोई घातक नाटक नहीं है। विनाश होता है - प्रतिक्रियाशील पदार्थ और एंटीमैटर को मौलिक रूप से नए कणों में बदलने की प्रक्रिया जो शुरू में मौजूद नहीं थे और जिनके गुण मूल, "माँ" कणों से भिन्न होते हैं। सच है, "दुष्प्रभाव" काफी खतरनाक हो सकता है: विनाश के साथ भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। यह अनुमान लगाया गया है कि 1 किलोग्राम पदार्थ की 1 किलोग्राम एंटीमैटर के साथ प्रतिक्रिया से लगभग 43 मेगाटन विस्फोटित टीएनटी के बराबर ऊर्जा निकलेगी। पृथ्वी पर विस्फोटित सबसे शक्तिशाली परमाणु बम की क्षमता लगभग 58 मेगाटन टीएनटी थी।

एंटीमैटर कैसे प्राप्त किया जाए यह विज्ञान के लिए कोई प्रश्न नहीं है

एंटीमैटर की वास्तविकता एक सिद्ध तथ्य है। वैज्ञानिकों की सैद्धांतिक धारणाएँ दुनिया की सामान्य वैज्ञानिक तस्वीर के साथ सामंजस्यपूर्ण रूप से जुड़ीं, और फिर प्रयोगात्मक रूप से एंटीपार्टिकल्स की खोज की गई। अब लगभग पचास वर्षों से, कणों और प्रतिकणों के बीच परस्पर क्रिया प्रतिक्रिया के माध्यम से कृत्रिम रूप से प्रतिकणों का उत्पादन किया जाता रहा है। 1965 में, एंटी-ड्यूटेरॉन को संश्लेषित किया गया था, और 30 साल बाद एंटी-हाइड्रोजन प्राप्त किया गया था ("शास्त्रीय" हाइड्रोजन से इसका अंतर यह है कि एंटीमैटर परमाणु में एक पॉज़िट्रॉन और एक एंटीप्रोटॉन होता है)। वैज्ञानिक आगे बढ़े और 2010-2011 में प्रयोगशाला स्थितियों में एंटीमैटर परमाणुओं को "पकड़ने" में कामयाब रहे। बता दें कि केवल 40 परमाणु ही खुद को "जाल" में पाते थे और वे उन्हें 172 मिलीसेकेंड तक रोके रखने में सक्षम थे।

कणों और प्रतिकणों की परस्पर क्रिया की विशाल ऊर्जा क्षमता को देखते हुए, प्रतिकणों के अध्ययन की व्यावहारिक संभावनाएँ स्पष्ट हैं।

एंटीमैटर का उपयोग और नियंत्रित तरीके से इस प्रक्रिया का प्रक्षेपण वास्तव में ऊर्जा प्राप्त करने की समस्या को हमेशा के लिए समाप्त कर देता है।

कठिनाई, हमेशा की तरह, पैसे में है: गणना से पता चलता है कि आज केवल एक ग्राम एंटीमैटर का उत्पादन करने में लगभग 60 ट्रिलियन डॉलर का खर्च आएगा। इसलिए पारंपरिक ऊर्जा स्रोत अभी भी प्रासंगिक बने हुए हैं - लेकिन शोध जारी रखने की जरूरत है। इसके अलावा, पहले से ही 20वीं-21वीं सदी के मोड़ पर, खगोलविदों और खगोल भौतिकीविदों ने ब्रह्मांड में एंटीमैटर के स्रोतों की खोज की थी। विशेष रूप से, बाहरी अंतरिक्ष में घूमने वाले सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्राथमिक कणों (पॉज़िट्रॉन) के वास्तविक प्रवाह पर डेटा प्राप्त किया गया था। व्यावहारिक अनुसंधान द्वारा कमोबेश प्रमाणित कई सिद्धांत सामने आए हैं, जो प्राकृतिक परिस्थितियों में एंटीपार्टिकल्स के गठन के तंत्र की व्याख्या करते हैं।

एक बहुत लोकप्रिय व्याख्या यह है कि एंटीपार्टिकल्स ब्लैक होल में एक मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में बनते हैं। यह गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र "साधारण" पदार्थ के साथ संपर्क करता है, और "प्रसंस्करण" पदार्थ की प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, पॉज़िट्रॉन प्राप्त होते हैं - कण, जिन्होंने गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में, अपने चार्ज को नकारात्मक से सकारात्मक में बदल दिया है। एक अन्य अवधारणा प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले रेडियोधर्मी तत्वों की ओर इशारा करती है, जिनमें से सबसे प्रसिद्ध सुपरनोवा हैं। यह माना जाता है कि ये प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर उप-उत्पाद के रूप में एंटीपार्टिकल्स का "उत्पादन" करते हैं। अन्य संस्करण भी हैं: उदाहरण के लिए, दो तारों के विलय की प्रक्रिया के साथ परिवर्तित आवेश वाले कणों का निर्माण हो सकता है या, इसके विपरीत, ऐसा प्रभाव तारों की मृत्यु को जन्म दे सकता है।

एंटीमैटर कहां मिलेगा यह शोधकर्ताओं के लिए एक पहेली है

इस प्रकार, एंटीमैटर की उपस्थिति निर्विवाद है। लेकिन, जैसा कि आमतौर पर ब्रह्मांड के रहस्यों का अध्ययन करते समय होता है, एक मूलभूत समस्या उत्पन्न हो गई है, जिसे विज्ञान अपने विकास के इस चरण में अभी तक हल नहीं कर पाया है। ब्रह्माण्ड की संरचना की समरूपता के सिद्धांत के अनुसार , हमारी दुनिया में एंटीमैटर के समान लगभग उतनी ही मात्रा में पदार्थ होना चाहिए, जितने परमाणु एक सकारात्मक नाभिक और नकारात्मक चार्ज वाले कणों से बने होते हैं, जितने एक नकारात्मक नाभिक और सकारात्मक कण वाले परमाणु होते हैं। लेकिन व्यवहार में, फिलहाल एंटीमैटर के बड़े पैमाने पर संचय का कोई निशान नहीं खोजा गया है (सिद्धांतकार ऐसे संचय के लिए एक नाम भी लेकर आए हैं - "एंटीवर्ल्ड")।

खगोलीय अवलोकनों में, उत्सर्जित गामा विकिरण के कारण ही एंटीमैटर का अच्छी तरह से पता लगाया जा सकता है। हालाँकि, आशावादी आशा नहीं खोते - और यह बिल्कुल सही भी है।

सबसे पहले, पृथ्वी ब्रह्मांड के उस "भौतिक" हिस्से में स्थित हो सकती है जो "एंटीमैटर" आधे से अधिकतम दूरी पर है। इसका मतलब यह है कि पूरे बिंदु पर अपर्याप्त रूप से शक्तिशाली और परिष्कृत अवलोकन उपकरण हैं। दूसरे, उनके विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संदर्भ में, पदार्थ और एंटीमैटर से बनी वस्तुएं अप्रभेद्य हैं, इसलिए ऑप्टिकल अवलोकन विधि यहां बेकार है। तीसरा, समझौता सिद्धांतों को अस्वीकार नहीं किया गया है - उदाहरण के लिए, ब्रह्मांड में एक सेलुलर संरचना है, जिसमें प्रत्येक कोशिका में आधा पदार्थ और आधा एंटीमैटर होता है।

अलेक्जेंडर बबिट्स्की