ანტიმატერიის სინთეზი. ზუსტად პირიქით

ანტიმატერია,ნივთიერება, რომელიც შედგება ატომებისგან, რომელთა ბირთვებს აქვთ უარყოფითი ელექტრული მუხტი და გარშემორტყმულია პოზიტრონებით - ელექტრონები დადებითი ელექტრული მუხტით. ჩვეულებრივ მატერიაში, საიდანაც აგებულია ჩვენს ირგვლივ სამყარო, დადებითად დამუხტული ბირთვები გარშემორტყმულია უარყოფითად დამუხტული ელექტრონებით. ანტიმატერიისგან განასხვავების მიზნით, ჩვეულებრივ მატერიას ზოგჯერ უწოდებენ მონეტის მატერიას (ბერძნულიდან. koinos- ჩვეულებრივი). თუმცა, ეს ტერმინი პრაქტიკულად არ გამოიყენება რუსულ ლიტერატურაში. ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ტერმინი „ანტიმატერია“ მთლად სწორი არ არის, რადგან ანტიმატერიაც არის მატერია, მისი ტიპი. ანტიმატერიას აქვს იგივე ინერციული თვისებები და ქმნის იმავე გრავიტაციულ მიზიდულობას, როგორც ჩვეულებრივი მატერია.

მატერიასა და ანტიმატერიაზე საუბრისას ლოგიკურია ელემენტარული (სუბატომური) ნაწილაკებით დავიწყოთ. თითოეულ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს ანტინაწილაკი; ორივეს აქვს თითქმის იგივე მახასიათებლები, გარდა იმისა, რომ მათ აქვთ საპირისპირო ელექტრული მუხტი. (თუ ნაწილაკი ნეიტრალურია, მაშინ ანტინაწილაკიც ნეიტრალურია, მაგრამ ისინი შეიძლება განსხვავდებოდეს სხვა მახასიათებლებით. ზოგიერთ შემთხვევაში, ნაწილაკი და ანტინაწილაკი ერთმანეთის იდენტურია.) ამრიგად, ელექტრონი, უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკი, შეესაბამება პოზიტრონი და დადებითი მუხტის მქონე პროტონის ანტინაწილაკი არის უარყოფითად დამუხტული ანტიპროტონი. პოზიტრონი აღმოაჩინეს 1932 წელს, ხოლო ანტიპროტონი 1955 წელს; ეს იყო პირველი აღმოჩენილი ანტინაწილაკები. ანტინაწილაკების არსებობა 1928 წელს კვანტური მექანიკის საფუძველზე იწინასწარმეტყველა ინგლისელმა ფიზიკოსმა პ.დირაკმა.

ელექტრონისა და პოზიტრონის შეჯახებისას ისინი ანადგურებენ, ე.ი. ორივე ნაწილაკი ქრება და მათი შეჯახების ადგილიდან გამოიყოფა ორი გამა სხივი. თუ შეჯახებული ნაწილაკები დაბალი სიჩქარით მოძრაობენ, მაშინ თითოეული გამა კვანტის ენერგია არის 0,51 მევ. ეს ენერგია არის ელექტრონის "დასვენების ენერგია", ან მისი დასვენების მასა, გამოხატული ენერგიის ერთეულებში. თუ შეჯახებული ნაწილაკები დიდი სიჩქარით მოძრაობენ, მაშინ გამა სხივების ენერგია უფრო დიდი იქნება მათი კინეტიკური ენერგიის გამო. ანიჰილაცია ასევე ხდება პროტონის ანტიპროტონთან შეჯახებისას, მაგრამ პროცესი ამ შემთხვევაში გაცილებით რთულია. მთელი რიგი ხანმოკლე ნაწილაკები იბადებიან ურთიერთქმედების შუალედური პროდუქტებით; თუმცა, რამდენიმე მიკროწამის შემდეგ, ნეიტრინოები, გამა სხივები და ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის მცირე რაოდენობა რჩება ტრანსფორმაციის საბოლოო პროდუქტებად. ამ წყვილებს საბოლოოდ შეუძლიათ განადგურება და დამატებითი გამა სხივების შექმნა. ანიჰილაცია ასევე ხდება მაშინ, როდესაც ანტინეიტრონი ეჯახება ნეიტრონს ან პროტონს.

ვინაიდან ანტინაწილაკები არსებობს, ჩნდება კითხვა, შესაძლებელია თუ არა ანტინაწილაკებისგან ანტიბირთვების წარმოქმნა. ჩვეულებრივი ნივთიერების ატომების ბირთვები შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. უმარტივესი ბირთვი არის ჩვეულებრივი წყალბადის იზოტოპის ბირთვი 1 H; ის წარმოადგენს ერთ პროტონს. დეიტერიუმის 2H ბირთვი შედგება ერთი პროტონისა და ერთი ნეიტრონისგან; მას დეიტრონი ჰქვია. მარტივი ბირთვის კიდევ ერთი მაგალითია 3 He ბირთვი, რომელიც შედგება ორი პროტონისა და ერთი ნეიტრონისგან. ანტიდეიტერონი, რომელიც შედგება ანტიპროტონისა და ანტინეიტრონისაგან, მიიღეს ლაბორატორიაში 1966 წელს; ანტი-3He ბირთვი, რომელიც შედგება ორი ანტიპროტონისა და ერთი ანტინეიტრონისაგან, პირველად იქნა მიღებული 1970 წელს.

თანამედროვე ნაწილაკების ფიზიკის მიხედვით, შესაბამისი ტექნიკური საშუალებებით, შესაძლებელი იქნებოდა ყველა ჩვეულებრივი ბირთვის ანტიბირთვების მიღება. თუ ეს ანტიბირთვები გარშემორტყმულია პოზიტრონების სათანადო რაოდენობით, მაშინ ისინი ქმნიან ანტიატომებს. ანტიატომებს ექნებოდათ თითქმის იგივე თვისებები, რაც ჩვეულებრივ ატომებს; ისინი წარმოქმნიდნენ მოლეკულებს, საიდანაც შეიძლებოდა წარმოიქმნას მყარი, სითხეები და აირები, მათ შორის ორგანული ნივთიერებები. მაგალითად, ორ ანტიპროტონს და ერთ ანტიჟანგბადის ბირთვს, რვა პოზიტრონთან ერთად, შეუძლია შექმნას ანტიწყლის მოლეკულა ჩვეულებრივი წყლის H 2 O-ს მსგავსი, რომლის თითოეული მოლეკულა შედგება წყალბადის ბირთვის ორი პროტონისაგან, ერთი ჟანგბადის ბირთვისგან და რვა ელექტრონისაგან. ნაწილაკების თანამედროვე თეორიას შეუძლია იწინასწარმეტყველოს, რომ ანტიწყალი გაიყინება 0°C-ზე, ადუღდება 100°C-ზე და სხვაგვარად იქცევა როგორც ჩვეულებრივი წყალი. ასეთი მსჯელობის გაგრძელებით, ჩვენ შეგვიძლია მივიდეთ დასკვნამდე, რომ ანტიმატერიისგან აგებული ანტისამყარო ძალიან ჰგავს ჩვენს გარშემო არსებულ ჩვეულებრივ სამყაროს. ეს დასკვნა ემსახურება როგორც ამოსავალ წერტილს სიმეტრიული სამყაროს თეორიებისთვის, რომელიც ეფუძნება ვარაუდს, რომ სამყარო შეიცავს ჩვეულებრივი მატერიისა და ანტიმატერიის თანაბარ რაოდენობას. ჩვენ ვცხოვრობთ მის იმ ნაწილში, რომელიც შედგება ჩვეულებრივი მატერიისგან.

თუ საპირისპირო ტიპის ნივთიერებების ორი იდენტური ცალი კონტაქტში იქნება, მაშინ მოხდება ელექტრონების განადგურება პოზიტრონებით და ბირთვების ანტიბირთვებით. ამ შემთხვევაში გამოჩნდება გამა კვანტები, რომელთა გარეგნობითაც შეიძლება განვსაჯოთ რა ხდება. ვინაიდან დედამიწა, განსაზღვრებით, შედგება ჩვეულებრივი მატერიისგან, მასში ანტიმატერიის მნიშვნელოვანი რაოდენობა არ არის, გარდა ანტინაწილაკების მცირე რაოდენობისა, რომლებიც წარმოიქმნება დიდ ამაჩქარებლებში და კოსმოსურ სხივებში. იგივე ეხება მთელ მზის სისტემას.

დაკვირვებები აჩვენებს, რომ მხოლოდ შეზღუდული რაოდენობით გამა გამოსხივება წარმოიქმნება ჩვენს გალაქტიკაში. აქედან მრავალი მკვლევარი ასკვნის, რომ მასში ანტიმატერიის შესამჩნევი რაოდენობა არ არის. მაგრამ ეს დასკვნა არ არის უდავო. ამჟამად არ არსებობს გზა იმის დასადგენად, რომ მოცემული ახლომდებარე ვარსკვლავი შედგება მატერიისგან თუ ანტიმატერიისგან; ანტიმატერიის ვარსკვლავი ასხივებს ზუსტად იმავე სპექტრს, როგორც ჩვეულებრივი ვარსკვლავი. გარდა ამისა, სავსებით შესაძლებელია, რომ იშვიათი მატერია, რომელიც ავსებს სივრცეს ვარსკვლავის ირგვლივ და იდენტურია თავად ვარსკვლავის მატერიის, გამოყოფილი იყოს საპირისპირო ტიპის მატერიით სავსე უბნებისგან - ძალიან თხელი მაღალტემპერატურული „ლეიდენფროსტის ფენები“. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ ვარსკვლავთშორისი და გალაქტიკათშორისი სივრცის „უჯრედულ“ სტრუქტურაზე, რომელშიც თითოეული უჯრედი შეიცავს მატერიას ან ანტიმატერიას. ამ ჰიპოთეზას მხარს უჭერს თანამედროვე კვლევა, რომელიც აჩვენებს, რომ მაგნიტოსფეროს და ჰელიოსფეროს (ინტერპლანეტარული სივრცე) აქვს უჯრედული სტრუქტურა. სხვადასხვა მაგნიტიზაციით და ზოგჯერ განსხვავებული ტემპერატურისა და სიმკვრივის მქონე უჯრედები გამოყოფილია ძალიან თხელი დენის ჭურვებით. ეს იწვევს პარადოქსულ დასკვნას, რომ ეს დაკვირვებები არ ეწინააღმდეგება ანტიმატერიის არსებობას ჩვენს გალაქტიკაშიც კი.

თუ ადრე არ არსებობდა დამაჯერებელი არგუმენტები ანტიმატერიის არსებობის სასარგებლოდ, ახლა რენტგენისა და გამა-სხივების ასტრონომიის წარმატებებმა შეცვალა სიტუაცია. დაფიქსირდა ფენომენები, რომლებიც დაკავშირებულია ენერგიის უზარმაზარ და ხშირად უაღრესად უწესრიგო გამოყოფასთან. სავარაუდოდ, ასეთი ენერგიის გათავისუფლების წყარო იყო განადგურება.

შვედმა ფიზიკოსმა ო. კლეინმა შეიმუშავა კოსმოლოგიური თეორია, რომელიც ეფუძნება მატერიასა და ანტიმატერიას შორის სიმეტრიის ჰიპოთეზას და მივიდა დასკვნამდე, რომ განადგურების პროცესები გადამწყვეტ როლს თამაშობს სამყაროს ევოლუციასა და გალაქტიკების სტრუქტურის ფორმირებაში.

სულ უფრო ცხადი ხდება, რომ მთავარი ალტერნატიული თეორია, "დიდი აფეთქების" თეორია სერიოზულად ეწინააღმდეგება დაკვირვების მონაცემებს და "სიმეტრიული კოსმოლოგია", სავარაუდოდ, უახლოეს მომავალში ცენტრალურ ადგილს დაიკავებს კოსმოლოგიური პრობლემების გადაჭრაში.

ანტიმატერია არის მატერია, რომელიც შედგება მხოლოდ ანტინაწილაკებისგან. ბუნებაში, ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს ანტინაწილაკი.ელექტრონისთვის ეს იქნება პოზიტრონი, ხოლო დადებითად დამუხტული პროტონისთვის – ანტიპროტონი. ჩვეულებრივი მატერიის ატომები - სხვაგვარად მას უწოდებენ მონეტის ნივთიერება- შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისგან, რომლის გარშემოც ელექტრონები მოძრაობენ. და ანტიმატერიის ატომების უარყოფითად დამუხტული ბირთვები, თავის მხრივ, გარშემორტყმულია ანტიელექტრონებით.

ძალები, რომლებიც განსაზღვრავენ მატერიის სტრუქტურას, ერთნაირია როგორც ნაწილაკებისთვის, ასევე ანტინაწილაკებისთვის. მარტივად რომ ვთქვათ, ნაწილაკები განსხვავდებიან მხოლოდ მათი მუხტის ნიშნით. დამახასიათებელია, რომ "ანტიმატერია" არ არის საკმაოდ სწორი სახელი. ეს არსებითად მხოლოდ ნივთიერების ტიპია, რომელსაც აქვს იგივე თვისებები და შეუძლია მიზიდულობის შექმნა.

განადგურება

სინამდვილეში, ეს არის პოზიტრონისა და ელექტრონის შეჯახების პროცესი. შედეგად, ორივე ნაწილაკების ორმხრივი განადგურება (განადგურება) ხდება უზარმაზარი ენერგიის გამოთავისუფლებით. 1 გრამი ანტიმატერიის განადგურება 10 კილოტონიანი ტროტილი მუხტის აფეთქების ტოლფასია!

სინთეზი

1995 წელს გამოცხადდა, რომ სინთეზირებული იყო პირველი ცხრა ანტიწყალბადის ატომები.მათ იცოცხლეს 40 ნანოწამი და დაიღუპნენ, გამოუშვეს ენერგია. და უკვე 2002 წელს მიღებული ატომების რაოდენობა ასობით იყო. მაგრამ ყველა მიღებული ანტინაწილაკი მხოლოდ ნანოწამში გადარჩებოდა. სიტუაცია შეიცვალა ჰადრონის კოლაიდერის გაშვებით: მათ მოახერხეს 38 ანტიწყალბადის ატომის სინთეზირება და მათი შეკავება მთელი წამის განმავლობაში. დროის ამ პერიოდში შესაძლებელი გახდა ანტიმატერიის სტრუქტურის გარკვეული კვლევების ჩატარება. მათ ისწავლეს ნაწილაკების შეკავება სპეციალური მაგნიტური ხაფანგის შექმნის შემდეგ. სასურველი ეფექტის მისაღწევად იქმნება ძალიან დაბალი ტემპერატურა. მართალია, ასეთი ხაფანგი ძალიან შრომატევადი, რთული და ძვირადღირებული საქმეა.

ს. სნეგოვის ტრილოგიაში „ადამიანები ღმერთებივით“ განადგურების პროცესი გამოიყენება გალაქტიკათშორისი ფრენებისთვის. რომანის გმირები მისი გამოყენებით ვარსკვლავებსა და პლანეტებს მტვრად აქცევენ. მაგრამ ჩვენს დროში ანტიმატერიის მოპოვება ბევრად უფრო რთული და ძვირია, ვიდრე კაცობრიობის კვება.

რა ღირს ანტიმატერია?

პოზიტრონის ერთი მილიგრამი 25 მილიარდი დოლარი უნდა ღირდეს. ხოლო ერთი გრამი ანტიწყალბადისთვის 62,5 ტრილიონი დოლარის გადახდა მოგიწევთ.

ჯერ არ გამოჩენილა ისეთი გულუხვი ადამიანი, რომ გრამის მეასედიც კი იყიდოს. რამდენიმე ასეული მილიონი შვეიცარიული ფრანკი უნდა გადაეხადა ერთი მილიარდი გრამი ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების შეჯახების ექსპერიმენტული სამუშაოებისთვის მასალის მისაღებად. ჯერ-ჯერობით ბუნებაში არ არსებობს ნივთიერება, რომელიც ანტიმატერიაზე ძვირი ჯდება.

მაგრამ ანტიმატერიის წონის საკითხთან დაკავშირებით, ყველაფერი საკმაოდ მარტივია. ვინაიდან იგი განსხვავდება ჩვეულებრივი მატერიისგან მხოლოდ პასუხისმგებელი, ყველა სხვა მახასიათებელი იგივეა. გამოდის, რომ ერთი გრამი ანტიმატერია ზუსტად ერთ გრამს იწონის.

ანტიმატერიის სამყარო

თუ ჭეშმარიტად მივიღებთ იმას, რომ არსებობდა, მაშინ ამ პროცესის შედეგად უნდა გაჩენილიყო მატერიის და ანტიმატერიის თანაბარი რაოდენობა. რატომ არ ვაკვირდებით ანტიმატერიისგან დამზადებულ ობიექტებს ჩვენთან ახლოს? პასუხი საკმაოდ მარტივია: მატერიის ორი ტიპი ერთად ვერ იარსებებს. ისინი აუცილებლად გაანადგურებენ ერთმანეთს. სავარაუდოა, რომ არსებობს გალაქტიკები და ანტიმატერიისგან შექმნილი სამყაროებიც კი, და ჩვენ კი ვხედავთ ზოგიერთ მათგანს. მაგრამ იგივე გამოსხივება გამოდის მათგან, იგივე სინათლე მოდის მათგან, როგორც ჩვეულებრივი გალაქტიკებიდან. ამიტომ, ჯერ კიდევ შეუძლებელია დარწმუნებით იმის თქმა, არსებობს თუ არა ანტისამყარო, თუ ეს მშვენიერი ზღაპარია.

საშიშია?

კაცობრიობამ მრავალი სასარგებლო აღმოჩენა განადგურების საშუალებებად აქცია. ანტიმატერია ამ თვალსაზრისით არ შეიძლება იყოს გამონაკლისი. ჯერ კიდევ შეუძლებელია წარმოვიდგინოთ უფრო ძლიერი იარაღი, ვიდრე ის, რომელიც დაფუძნებულია განადგურების პრინციპზე.იქნებ არც ისე ცუდია, რომ ჯერ კიდევ არ არის შესაძლებელი ანტიმატერიის ამოღება და შენახვა? გახდება ის საბედისწერო ზარი, რომელსაც კაცობრიობა მოისმენს თავის ბოლო დღეს?

ცოტა ხნის წინ, CERN-ის ALICE კოლაბორაციის წევრებმა რეკორდული სიზუსტით გაზომეს ანტიმატერიის ბირთვების მასები და შეაფასეს ენერგია, რომელიც აკავშირებს ანტიპროტონებს მათში არსებულ ანტინეიტრონებს. ჯერჯერობით ამ პარამეტრებს შორის მატერიასა და ანტიმატერიაში მნიშვნელოვანი განსხვავება არ არის ნაპოვნი, მაგრამ ეს არ არის მთავარი. მნიშვნელოვანია, რომ ახლა, ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, არა მხოლოდ ანტინაწილაკები, არამედ ანტიბირთვები და ანტიატომებიც კი ხელმისაწვდომი ხდება გაზომვისა და დაკვირვებისთვის. ეს ნიშნავს, რომ დროა გავიგოთ რა არის ანტიმატერია და რა ადგილს იკავებს მისი კვლევა თანამედროვე ფიზიკაში.

შევეცადოთ გამოვიცნოთ რამდენიმე თქვენი პირველი შეკითხვა ანტიმატერიის შესახებ.

მართალია, რომ ანტიმატერიის გამოყენებით სუპერ-ძლიერი ბომბის დამზადება შესაძლებელია? შესაძლებელია თუ არა, რომ ანტიმატერია რეალურად გროვდებოდეს CERN-ში, როგორც ეს ნაჩვენებია ფილმში ანგელოზები და დემონები და ეს ძალიან საშიში იყოს? მართალია, რომ ანტიმატერია იქნება ძალიან ეფექტური საწვავი კოსმოსური მოგზაურობისთვის? არის თუ არა რაიმე სიმართლე პოზიტრონიული ტვინის იდეაში, რომლითაც ისააკ ასიმოვმა დაჯილდოვდა რობოტები თავის ნამუშევრებში?...

საიდუმლო არ არის, რომ ადამიანების უმრავლესობისთვის ანტიმატერია ასოცირდება რაღაც უკიდურესად (ასაფეთქებლად) საშიშთან, რაღაც საეჭვოთან, რაღაცასთან, რაც ფანტასტიკური დაპირებებით და უზარმაზარი რისკებით აღაგზნებს წარმოსახვას - აქედან გამომდინარეობს ასეთი კითხვები. ვაღიაროთ: ფიზიკის კანონები პირდაპირ არ კრძალავს ამ ყველაფერს. თუმცა, ამ იდეების განხორციელება იმდენად შორს არის რეალობისგან, თანამედროვე ტექნოლოგიებისგან და მომდევნო ათწლეულების ტექნოლოგიებისგან, რომ პრაგმატული პასუხი მარტივია: არა, თანამედროვე სამყაროსთვის ეს სიმართლეს არ შეესაბამება. ამ თემებზე საუბარი უბრალოდ ფანტაზიაა, რომელიც ეფუძნება არა რეალურ სამეცნიერო და ტექნიკურ მიღწევებს, არამედ მათ ექსტრაპოლაციას თანამედროვე შესაძლებლობების ფარგლებს გარეთ. თუ გსურთ ამ თემებზე სერიოზული საუბარი, მიუახლოვდით 2100 წელს. ახლა მოდით ვისაუბროთ რეალურ სამეცნიერო კვლევებზე ანტიმატერიის შესახებ.

რა არის ანტიმატერია?

ჩვენი სამყარო შექმნილია ისე, რომ თითოეული ტიპის ნაწილაკისთვის - ელექტრონები, პროტონები, ნეიტრონები და ა.შ. - არსებობს ანტინაწილაკები (პოზიტრონები, ანტიპროტონები, ანტინეიტრონები). მათ აქვთ იგივე მასა და, თუ ისინი არასტაბილურია, იგივე ნახევარგამოყოფის პერიოდი, მაგრამ საპირისპირო მუხტები და სხვა რიცხვები, რომლებიც ახასიათებს ურთიერთქმედებას. პოზიტრონებს აქვთ იგივე მასა, რაც ელექტრონებს, მაგრამ მხოლოდ დადებითი მუხტი. ანტიპროტონებს აქვთ უარყოფითი მუხტი. ანტინეიტრონები ელექტრულად ნეიტრალურია, ისევე როგორც ნეიტრონები, მაგრამ აქვთ საპირისპირო ბარიონის რიცხვი და შედგება ანტიკვარკებისგან. ანტიბირთვი შეიძლება შეიკრიბოს ანტიპროტონებისა და ანტინეიტრონებისგან. პოზიტრონების დამატებით ვქმნით ანტიატომებს და მათი დაგროვებით ვიღებთ ანტიმატერიას. ეს ყველაფერი ანტიმატერიაა.

და აქ არის რამდენიმე საინტერესო დახვეწილობა, რომლებზეც ღირს საუბარი. პირველ რიგში, ანტინაწილაკების არსებობა თეორიული ფიზიკის უზარმაზარი ტრიუმფია. ეს არააშკარა და ზოგიერთისთვის შოკისმომგვრელი იდეა თეორიულად მომდინარეობდა პოლ დირაკის მიერ და თავდაპირველად მტრულად იქნა მიღებული. უფრო მეტიც, პოზიტრონების აღმოჩენის შემდეგაც კი, ბევრს ჯერ კიდევ ეპარებოდა ეჭვი ანტიპროტონების არსებობაში. პირველ რიგში, მათ თქვეს, დირაკმა გამოიგონა საკუთარი თეორია ელექტრონის აღწერისთვის და ფაქტი არ არის, რომ ის იმუშავებს პროტონზე. მაგალითად, პროტონის მაგნიტური მომენტი რამდენჯერმე განსხვავდება დირაკის თეორიის წინასწარმეტყველებისგან. მეორეც, ისინი დიდი ხნის განმავლობაში ეძებდნენ ანტიპროტონების კვალს კოსმოსურ სხივებში, მაგრამ ვერაფერი იპოვეს. მესამე, ისინი ამტკიცებდნენ - სიტყვასიტყვით იმეორებდნენ ჩვენს სიტყვებს - რომ თუ არსებობს ანტიპროტონები, მაშინ უნდა არსებობდეს ანტიატომები, ანტივარსკვლავები და ანტიგალაქტიკები და ჩვენ მათ აუცილებლად შევამჩნევდით გრანდიოზულ კოსმოსურ აფეთქებებში. ვინაიდან ჩვენ ამას ვერ ვხედავთ, ალბათ იმიტომ, რომ ანტიმატერია არ არსებობს. ამიტომ, ანტიპროტონის ექსპერიმენტული აღმოჩენა 1955 წელს ახლად გაშვებულ Bevatron-ის ამაჩქარებელზე საკმაოდ არატრივიალური შედეგი იყო, რომელსაც მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში 1959 წელს. 1956 წელს იმავე ამაჩქარებელზე აღმოაჩინეს ანტინეიტრონი. ამ ძიებების, ეჭვებისა და მიღწევების ისტორია შეგიძლიათ იხილოთ მრავალ ისტორიულ ნარკვევში, მაგალითად, ამ მოხსენებაში ან ფრენკ კლოუზის ბოლოდროინდელ წიგნში ანტიმატერია.

თუმცა, ცალკე უნდა ითქვას, რომ ჯანსაღი ეჭვი წმინდა თეორიულ განცხადებებში ყოველთვის სასარგებლოა. მაგალითად, განცხადება, რომ ანტინაწილაკებს აქვთ იგივე მასა, რაც ნაწილაკებს, ასევე თეორიული შედეგია; ის გამომდინარეობს ძალიან მნიშვნელოვანი CPT თეორემიდან. დიახ, ამ განცხადებაზეა აგებული მიკროსამყაროს თანამედროვე, ექსპერიმენტულად გამოცდილი ფიზიკა. მაგრამ ეს მაინც თანასწორობაა: ვინ იცის, იქნებ ამ გზით ვიპოვოთ თეორიის გამოყენების საზღვრები.

კიდევ ერთი თვისება: მიკროსამყაროს ყველა ძალა თანაბრად არ უკავშირდება ნაწილაკებს და ანტინაწილაკებს. ელექტრომაგნიტური და ძლიერი ურთიერთქმედებისთვის მათ შორის განსხვავება არ არის, სუსტისთვის არის. ამის გამო, ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების ურთიერთქმედების ზოგიერთი დახვეწილი დეტალი განსხვავდება, მაგალითად, A ნაწილაკის დაშლის ალბათობა B ნაწილაკების ნაკრებად და ანტი-A ანტი-B ნაკრებში (დაწვრილებით განსხვავებები, იხილეთ პაველ პახოვის კრებული). ეს თვისება წარმოიქმნება იმის გამო, რომ სუსტი ურთიერთქმედება არღვევს ჩვენი სამყაროს CP სიმეტრიას. მაგრამ რატომ ხდება ეს არის ელემენტარული ნაწილაკების ერთ-ერთი საიდუმლო და ის მოითხოვს ცნობის საზღვრებს გასცდეს.

აქ არის კიდევ ერთი დახვეწილობა: ზოგიერთ ნაწილაკს იმდენად მცირე მახასიათებლები აქვს, რომ ანტინაწილაკები და ნაწილაკები საერთოდ არ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან. ასეთ ნაწილაკებს ჭეშმარიტად ნეიტრალურს უწოდებენ. ეს არის ფოტონი, ჰიგსის ბოზონი, ნეიტრალური მეზონები, რომელიც შედგება იმავე ტიპის კვარკებისა და ანტიკვარკებისგან. მაგრამ ნეიტრინოებთან სიტუაცია ჯერ კიდევ გაურკვეველია: შესაძლოა ისინი მართლაც ნეიტრალურია (მაჯორანა), ან შეიძლება არა. ამას გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს თეორიისთვის, რომელიც აღწერს ნეიტრინოების მასებს და ურთიერთქმედებებს. ამ კითხვაზე პასუხი ნამდვილად იქნება მნიშვნელოვანი წინგადადგმული ნაბიჯი, რადგან ის დაგვეხმარება გავიგოთ ჩვენი სამყაროს სტრუქტურა. ექსპერიმენტს ჯერ არაფერი უთქვამს ამის შესახებ ცალსახა. მაგრამ ნეიტრინოს კვლევის ექსპერიმენტული პროგრამა იმდენად ძლიერია, რომ იმდენი ექსპერიმენტი ტარდება, რომ ფიზიკოსები თანდათან უახლოვდებიან გამოსავალს.

სად არის ეს ანტიმატერია?

როდესაც ანტინაწილაკი ხვდება თავის ნაწილაკს, ის ანადგურებს: ორივე ნაწილაკი ქრება და გადაიქცევა ფოტონების ან მსუბუქ ნაწილაკებად. მთელი დანარჩენი ენერგია იქცევა ამ მიკრო აფეთქების ენერგიად. ეს არის მასის ყველაზე ეფექტური გადაქცევა თერმულ ენერგიად, ასობით ჯერ უფრო ეფექტური ვიდრე ბირთვული აფეთქება. მაგრამ ჩვენ ვერ ვხედავთ რაიმე გრანდიოზულ ბუნებრივ აფეთქებებს ჩვენს ირგვლივ; ანტიმატერია ბუნებაში მნიშვნელოვანი რაოდენობით არ არსებობს. თუმცა, ინდივიდუალური ანტინაწილაკები შეიძლება დაიბადოს სხვადასხვა ბუნებრივ პროცესებში.

უმარტივესი გზაა პოზიტრონების შექმნა. უმარტივესი ვარიანტია რადიოაქტიურობა, ზოგიერთი ბირთვის დაშლა დადებითი ბეტა რადიოაქტიურობის გამო. მაგალითად, ექსპერიმენტებში იზოტოპი ნატრიუმი-22, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი ორწელიწადნახევარია, ხშირად გამოიყენება პოზიტრონების წყაროდ. კიდევ ერთი, საკმაოდ მოულოდნელი ბუნებრივი წყაროა, რომლის დროსაც ზოგჯერ აღმოჩენილია გამა გამოსხივების ციმციმები პოზიტრონების განადგურების შედეგად, რაც ნიშნავს, რომ პოზიტრონები რატომღაც იქ დაიბადნენ.

უფრო რთულია ანტიპროტონების და სხვა ანტინაწილაკების შექმნა: ამისათვის არ არის საკმარისი რადიოაქტიური დაშლის ენერგია. ბუნებაში, ისინი იბადებიან მაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების გავლენის ქვეშ: კოსმოსური პროტონი, რომელიც ეჯახება ატმოსფეროს ზედა ფენებში არსებულ ზოგიერთ მოლეკულას, წარმოქმნის ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების ნაკადებს. თუმცა, ეს ხდება იქ მაღლა, ანტიპროტონები თითქმის არასოდეს აღწევს მიწაზე (რაც უცნობი იყო მათთვის, ვინც ანტიპროტონებს ეძებდა კოსმოსურ სხივებში 40-იან წლებში) და ანტიპროტონების ამ წყაროს ლაბორატორიაში ვერ მიიტანთ.

ყველა ფიზიკურ ექსპერიმენტში ანტიპროტონები წარმოიქმნება „უხეში ძალით“: ისინი იღებენ მაღალი ენერგიის პროტონების სხივს, მიმართავენ მას სამიზნეზე და ახარისხებენ „ადრონის ნამსხვრევებს“, რომლებიც წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით ამ შეჯახებისას. დახარისხებული ანტიპროტონები გამოდის სხივის სახით, შემდეგ კი მათ ან აჩქარებენ მაღალ ენერგიებამდე პროტონებთან შეჯახების მიზნით (ასე მუშაობდა, მაგალითად, ამერიკული Tevatron კოლაიდერი), ან, პირიქით, ნელდება და გამოიყენება უფრო დახვეწილი გაზომვებისთვის.

CERN-ში, რომელიც სამართლიანად შეიძლება იამაყოს ანტიმატერიის კვლევის ხანგრძლივი ისტორიით, არის სპეციალური „აჩქარება“ AD, „ანტიპროტონული მოდერატორი“, რომელიც სწორედ ამ ამოცანას ასრულებს. ის იღებს ანტიპროტონების სხივს, აციებს მათ (ანუ ანელებს) და შემდეგ ანაწილებს ნელი ანტიპროტონების ნაკადს რამდენიმე სპეციალურ ექსპერიმენტზე. სხვათა შორის, თუ გსურთ რეალურ დროში შეხედოთ AD-ის მდგომარეობას, მაშინ Cernov-ის ონლაინ მონიტორები ამის საშუალებას იძლევა.

უკვე ძალიან რთულია ანტიატომების, თუნდაც უმარტივესი, ანტიწყალბადის ატომების სინთეზირება. ისინი ბუნებაში საერთოდ არ წარმოიქმნება - არ არის შესაფერისი პირობები. ლაბორატორიაშიც კი, ბევრი ტექნიკური სირთულე უნდა გადაილახოს, სანამ ანტიპროტონები პოზიტრონებთან შერწყმას აპირებენ. პრობლემა ისაა, რომ წყაროებიდან გამოსხივებული ანტიპროტონები და პოზიტრონები ჯერ კიდევ ძალიან ცხელია; ისინი უბრალოდ შეეჯახებიან ერთმანეთს და დაფრინდებიან, ვიდრე წარმოქმნიან ანტიატომს. ფიზიკოსები ამ სირთულეებს მაინც გადალახავენ, მაგრამ საკმაოდ ეშმაკური მეთოდებით (როგორც ეს კეთდება ASACUSA Cern-ის ერთ-ერთ ექსპერიმენტში).

რა არის ცნობილი ანტინუკლეუსების შესახებ?

კაცობრიობის ყველა ანტიატომური მიღწევა მხოლოდ ანტიწყალბადს ეხება. სხვა ელემენტების ანტიატომები ჯერ არ არის სინთეზირებული ლაბორატორიაში ან ბუნებაში დაფიქსირებული. მიზეზი მარტივია: ანტიბირთვების შექმნა კიდევ უფრო რთულია, ვიდრე ანტიპროტონები.

ერთადერთი გზა, რომელიც ვიცით ანტიბირთვების შესაქმნელად, არის მაღალი ენერგიის მძიმე ბირთვების შეჯახება და ვნახოთ რა ხდება იქ. თუ შეჯახების ენერგია მაღალია, ათასობით ნაწილაკი, მათ შორის ანტიპროტონები და ანტინეიტრონები, დაიბადება და გაიფანტება ყველა მიმართულებით. ერთი მიმართულებით შემთხვევით გამოსხივებული ანტიპროტონები და ანტინეიტრონები შეიძლება გაერთიანდეს ერთმანეთთან და შექმნან ანტიბირთვი.

ALICE დეტექტორს შეუძლია განასხვავოს სხვადასხვა ბირთვები და ანტიბირთვები, მათი ენერგიის გამოყოფისა და მაგნიტურ ველში გადახვევის მიმართულების მიხედვით.

სურათი: CERN

მეთოდი მარტივია, მაგრამ არც ისე არაეფექტური: ბირთვის ამ გზით სინთეზირების ალბათობა მკვეთრად იკლებს ნუკლეონების რაოდენობის მატებასთან ერთად. ყველაზე მსუბუქი ანტიბირთვები, ანტიდეიტერონები, პირველად ზუსტად ნახევარი საუკუნის წინ დაფიქსირდა. ანტიჰელიუმ-3 ნახეს 1971 წელს. ასევე ცნობილია ანტიტრიტონი და ანტიჰელიუმ-4, ეს უკანასკნელი აღმოაჩინეს სულ ცოტა ხნის წინ, 2011 წელს. უფრო მძიმე ანტიბირთვები ჯერ არ დაფიქსირებულა.

ორი პარამეტრი, რომელიც აღწერს ნუკლეონ-ნუკლეონის ურთიერთქმედებას (გაფანტვის სიგრძე f0 და ეფექტური რადიუსი d0) სხვადასხვა წყვილი ნაწილაკებისთვის. წითელი ვარსკვლავი არის შედეგი ანტიპროტონების წყვილისთვის, რომელიც მიღებულია STAR-ის თანამშრომლობით.

სამწუხაროდ, ამ გზით ანტიატომების დამზადება შეუძლებელია. ანტიბირთვები არა მხოლოდ იშვიათად წარმოიქმნება, არამედ აქვთ ძალიან ბევრი ენერგია და დაფრინავენ ყველა მიმართულებით. მათი კოლაიდერის დაჭერის მცდელობა და შემდეგ სპეციალური არხით გატარება და გაგრილება არარეალურია.

თუმცა, ზოგჯერ საკმარისია ფრენის დროს ანტიბირთვების გულდასმით თვალყურის დევნება, რათა მიიღოთ საინტერესო ინფორმაცია ანტინუკლეონებს შორის მოქმედი ანტიბირთვული ძალების შესახებ. უმარტივესი არის ანტიბირთვების მასის გულდასმით გაზომვა, ანტიპროტონებისა და ანტინეიტრონების მასების ჯამის შედარება და მასის დეფექტის გამოთვლა, ე.ი. ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია. ის ახლახან მუშაობს დიდ ადრონულ კოლაიდერზე; ანტიდეიტერონისა და ანტიჰელიუმ-3-ის შეკავშირების ენერგია ემთხვეოდა ჩვეულებრივი ბირთვების შეცდომის ფარგლებში.

კიდევ ერთი, უფრო დახვეწილი ეფექტი შეისწავლა STAR ექსპერიმენტმა ამერიკულ მძიმე იონურ კოლაიდერზე RHIC. მან გაზომა წარმოებული ანტიპროტონების კუთხური განაწილება და გაარკვია, თუ როგორ იცვლება ის, როდესაც ორი ანტიპროტონი გამოიყოფა ძალიან ახლო მიმართულებით. ანტიპროტონებს შორის კორელაციამ პირველად შესაძლებელი გახადა მათ შორის მოქმედი „ანტიბირთვული“ ძალების თვისებების გაზომვა (გაფანტვის სიგრძე და ეფექტური ურთიერთქმედების რადიუსი); ისინი დაემთხვა იმას, რაც ცნობილია პროტონების ურთიერთქმედების შესახებ.

არის თუ არა კოსმოსში ანტიმატერია?

როდესაც პოლ დირაკმა თავისი თეორიიდან გამოიტანა პოზიტრონების არსებობა, მან სრულად ჩათვალა, რომ რეალური ანტისამყაროები შეიძლება არსებობდეს სადმე სივრცეში. ახლა ჩვენ ვიცით, რომ სამყაროს ხილულ ნაწილში არ არსებობს ვარსკვლავები, პლანეტები ან გალაქტიკები ანტიმატერიისგან. საქმე ის კი არ არის, რომ ანჰილაციის აფეთქებები არ ჩანს; უბრალოდ სრულიად წარმოუდგენელია, როგორ შეიძლებოდა ისინი ოდესმე ჩამოყალიბებულიყვნენ და დღემდე გადარჩენილიყვნენ მუდმივად განვითარებად სამყაროში.

მაგრამ კითხვა „როგორ მოხდა ეს“ თანამედროვე ფიზიკის კიდევ ერთი უზარმაზარი საიდუმლოა; მეცნიერულ ენაზე მას ბარიოგენეზის პრობლემას უწოდებენ. მსოფლიოს კოსმოლოგიური სურათის მიხედვით, ადრეულ სამყაროში ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების თანაბარი რაოდენობა იყო. შემდეგ, CP სიმეტრიისა და ბარიონის რიცხვის დარღვევის გამო, დინამიურად განვითარებად სამყაროში უნდა გამოჩენილიყო მატერიის მცირე, მემილიარდედი დონეზე, ჭარბი ანტიმატერიაზე. როდესაც სამყარო გაცივდა, ყველა ანტინაწილაკი ნაწილაკებით ადუღდა; მხოლოდ მატერიის ეს ჭარბი გადარჩა, რამაც შექმნა სამყარო, რომელსაც ჩვენ ვაკვირდებით. სწორედ მის გამო რჩება მასში რაღაც საინტერესო მაინც, მისი წყალობით ვარსებობთ საერთოდ. როგორ წარმოიშვა ეს ასიმეტრია, უცნობია. ბევრი თეორია არსებობს, მაგრამ რომელია მართალი, უცნობია. მხოლოდ ნათელია, რომ ეს აუცილებლად უნდა იყოს რაიმე სახის ახალი ფიზიკა, თეორია, რომელიც სცილდება სტანდარტულ მოდელს, სცდება ექსპერიმენტულად დამოწმებულის საზღვრებს.

სამი ვარიანტი იმის შესახებ, თუ საიდან შეიძლება მოვიდეს ანტინაწილაკები მაღალენერგიულ კოსმოსურ სხივებში: 1 - მათ შეუძლიათ უბრალოდ წარმოქმნან და აჩქარდნენ „კოსმოსურ ამაჩქარებელში“, მაგალითად, პულსარში; 2 - ისინი შეიძლება დაიბადონ ჩვეულებრივი კოსმოსური სხივების შეჯახების დროს ვარსკვლავთშორისი გარემოს ატომებთან; 3 - ისინი შეიძლება წარმოიშვას მძიმე ბნელი მატერიის ნაწილაკების დაშლის დროს.

მიუხედავად იმისა, რომ არ არსებობს ანტიმატერიისგან დამზადებული პლანეტები ან ვარსკვლავები, ანტიმატერია მაინც არის კოსმოსში. სხვადასხვა ენერგიის პოზიტრონებისა და ანტიპროტონების ნაკადი ჩაწერილია თანამგზავრული კოსმოსური სხივების ობსერვატორიებით, როგორიცაა PAMELA, Fermi, AMS-02. ის ფაქტი, რომ პოზიტრონები და ანტიპროტონები ჩვენთან კოსმოსიდან მოდიან, ნიშნავს რომ ისინი სადღაც იქ იბადებიან. პრინციპში ცნობილია მაღალი ენერგეტიკული პროცესები, რომლებსაც შეუძლიათ მათი გენერირება: ეს არის ნეიტრონული ვარსკვლავების ძლიერ მაგნიტიზებული უბნები, სხვადასხვა აფეთქებები, კოსმოსური სხივების აჩქარება დარტყმითი ტალღის ფრონტებზე ვარსკვლავთშორის გარემოში და ა.შ. საკითხავია, შეუძლიათ თუ არა მათ ახსნან კოსმოსური ანტინაწილაკების ნაკადის ყველა დაკვირვებული თვისება. თუ არა, ეს იქნება იმის მტკიცებულება იმისა, რომ ზოგიერთი მათგანი წარმოიქმნება ბნელი მატერიის ნაწილაკების დაშლის ან განადგურების შედეგად.

აქაც საიდუმლოა. 2008 წელს PAMELA-ს ობსერვატორიამ აღმოაჩინა საეჭვოდ დიდი რაოდენობით მაღალი ენერგიის პოზიტრონები, ვიდრე თეორიული მოდელირების წინასწარმეტყველება. ეს შედეგები ცოტა ხნის წინ დაადასტურა AMS-02 ინსტალაციამ - საერთაშორისო კოსმოსური სადგურის ერთ-ერთი მოდული და, ზოგადად, კოსმოსში გაშვებული ელემენტარული ნაწილაკების უდიდესი დეტექტორი (და აწყობილი, გამოიცანით სად? - სწორად, CERN-ში). პოზიტრონების ეს სიჭარბე აღაგზნებს თეორეტიკოსთა გონებას - ბოლოს და ბოლოს, მასზე პასუხისმგებელი არ შეიძლება იყოს „მოსაწყენი“ ასტროფიზიკური ობიექტები, არამედ მძიმე ბნელი მატერიის ნაწილაკები, რომლებიც იშლება ან ანადგურებს ელექტრონებსა და პოზიტრონებს. აქ ჯერ სიცხადე არ არის, მაგრამ AMS-02 ინსტალაცია, ისევე როგორც ბევრი კრიტიკოსი ფიზიკოსი, ძალიან ფრთხილად სწავლობს ამ ფენომენს.

ანტიპროტონებისა და პროტონების თანაფარდობა სხვადასხვა ენერგიის კოსმოსურ სხივებში. წერტილები ექსპერიმენტული მონაცემებია, მრავალფერადი მრუდი არის ასტროფიზიკური მოლოდინი სხვადასხვა შეცდომით.

სურათი: კორნელის უნივერსიტეტის ბიბლიოთეკა

ასევე გაურკვეველია სიტუაცია ანტიპროტონებთან დაკავშირებით. მიმდინარე წლის აპრილში AMS-02-მა სპეციალურ სამეცნიერო კონფერენციაზე წარმოადგინა კვლევის ახალი ციკლის წინასწარი შედეგები. მოხსენების მთავარი მომენტი იყო მტკიცება, რომ AMS-02 ხედავს ძალიან ბევრ მაღალი ენერგიის ანტიპროტონს - და ეს ასევე შეიძლება იყოს მინიშნება ბნელი მატერიის ნაწილაკების დაშლის შესახებ. თუმცა, სხვა ფიზიკოსები არ ეთანხმებიან ასეთ მხიარულ დასკვნას. ახლა ითვლება, რომ ანტიპროტონული მონაცემები AMS-02-დან, გარკვეული მონაკვეთით, შეიძლება აიხსნას ჩვეულებრივი ასტროფიზიკური წყაროებით. ასეა თუ ისე, ყველა მოუთმენლად ელის AMS-02-ის პოზიტრონისა და ანტიპროტონული მონაცემების ახალ მონაცემებს.

AMS-02-მა უკვე აღმოაჩინა მილიონობით პოზიტრონი და მეოთხედი მილიონი ანტიპროტონი. მაგრამ ამ ინსტალაციის შემქმნელებს აქვთ ნათელი ოცნება - დაიჭირონ მინიმუმ ერთი ანტინუკლეუსი. ეს იქნება ნამდვილი სენსაცია - აბსოლუტურად წარმოუდგენელია, რომ ანტიბირთვები სადმე კოსმოსში დაიბადნენ და ჩვენკენ გაფრინდნენ. ჯერჯერობით მსგავსი შემთხვევა არ არის აღმოჩენილი, მაგრამ მონაცემთა შეგროვება გრძელდება და ვინ იცის, რა სიურპრიზებს გვიმზადებს ბუნება.

ანტიმატერია - ანტიგრავიტაცია? როგორ გრძნობს იგი გრავიტაციას?

თუ მხოლოდ ექსპერიმენტულად დამოწმებულ ფიზიკას დავეყრდნობით და არ გადავალთ ეგზოტიკურ, ჯერ კიდევ დაუდასტურებელ თეორიებში, მაშინ გრავიტაცია ანტიმატერიაზე ზუსტად ისევე უნდა იმოქმედოს, როგორც მატერიაზე. ანტიგრავიტაცია არ არის მოსალოდნელი ანტიმატერიისთვის. თუ ჩვენ თავს უფლებას მივცეთ, ცოტა უფრო შორს გავიხედოთ, ცნობილის საზღვრებს მიღმა, მაშინ წმინდა თეორიულად შესაძლო ვარიანტებია, როდესაც ჩვეულებრივი უნივერსალური გრავიტაციული ძალის გარდა, არის რაღაც დამატებითი, რომელიც განსხვავებულად მოქმედებს მატერიასა და ანტიმატერიაზე. რაც არ უნდა მოჩვენებითი ჩანდეს ეს შესაძლებლობა, ის ექსპერიმენტულად უნდა გადამოწმდეს და ამისთვის აუცილებელია ექსპერიმენტების ჩატარება იმის შესამოწმებლად, თუ როგორ გრძნობს ანტიმატერია დედამიწის გრავიტაციას.

დიდი ხნის განმავლობაში ამის გაკეთება ნამდვილად შეუძლებელი იყო იმ უბრალო მიზეზის გამო, რომ ამისათვის საჭიროა ინდივიდუალური ანტიმატერიის ატომების შექმნა, მათი ხაფანგის დაჭერა და მათთან ექსპერიმენტების ჩატარება. ახლა ჩვენ ვისწავლეთ როგორ გავაკეთოთ ეს, ასე რომ დიდი ხნის ნანატრი გამოცდა უკვე ახლოსაა.

შედეგების მთავარი მიმწოდებელია იგივე CERN ანტიმატერიის კვლევის ვრცელი პროგრამით. ზოგიერთმა ამ ექსპერიმენტმა უკვე ირიბად დაადასტურა, რომ ანტიმატერიის გრავიტაცია კარგია. მაგალითად, მან აღმოაჩინა, რომ ანტიპროტონის (ინერტული) მასა ძალიან მაღალი სიზუსტით ემთხვევა პროტონის მასას. თუ გრავიტაცია ანტიპროტონებზე სხვაგვარად მოქმედებდა, ფიზიკოსები შეამჩნევდნენ განსხვავებას - ბოლოს და ბოლოს, შედარება ხდებოდა იმავე ინსტალაციაში და იმავე პირობებში. ამ ექსპერიმენტის შედეგი: გრავიტაციის ეფექტი ანტიპროტონებზე ემთხვევა ეფექტს პროტონებზე, რომლის სიზუსტით ერთ მილიონზე უკეთესია.

თუმცა, ეს გაზომვა არაპირდაპირია. უფრო დამაჯერებელი რომ ვიყო, მინდა ჩავატარო პირდაპირი ექსპერიმენტი: აიღეთ ანტიმატერიის რამდენიმე ატომი, ჩამოაგდეთ ისინი და ნახეთ, როგორ ვარდებიან გრავიტაციულ ველში. ასეთი ექსპერიმენტები ასევე ტარდება ან მზადდება CERN-ში. პირველი მცდელობა არ იყო ძალიან შთამბეჭდავი. 2013 წელს ALPHA-ს ექსპერიმენტმა - რომელმაც უკვე ისწავლა ანტიწყალბადის ღრუბლის შეკავება თავის ხაფანგში - ცდილობდა დაედგინა სად დაეცემა ანტიატომები, თუ ხაფანგი გამორთული იყო. სამწუხაროდ, ექსპერიმენტის დაბალი მგრძნობელობის გამო ვერ მოხერხდა ცალსახა პასუხის მიღება: ძალიან ცოტა დრო იყო გასული, ანტიატომები მახეში წინ და უკან ტრიალებდნენ და აქა-იქ განადგურების აფეთქებები ხდებოდა.

ცერნის კიდევ ორი ​​ექსპერიმენტი გვპირდება სიტუაციის რადიკალურად გაუმჯობესებას: GBAR და AEGIS. ორივე ეს ექსპერიმენტი სხვადასხვა გზით შეამოწმებს, თუ როგორ ეცემა ულტრაცივი ანტიწყალბადის ღრუბელი გრავიტაციულ ველში. მათი მოსალოდნელი სიზუსტე ანტიმატერიისთვის გრავიტაციის აჩქარების გაზომვისას არის დაახლოებით 1%. ორივე ინსტალაცია ამჟამად აწყობისა და გამართვის ეტაპზეა და ძირითადი კვლევა 2017 წელს დაიწყება, როდესაც AD ანტიპროტონული მოდერატორი შეავსებს ახალი ELENA შენახვის რგოლს.

პოზიტრონის ქცევის ვარიანტები მყარ მატერიაში.

სურათი: nature.com

რა მოხდება, თუ პოზიტრონი შედის მატერიაში?

კვარცის ზედაპირზე მოლეკულური პოზიტრონიუმის წარმოქმნა.

სურათი: Clifford M. Surko / ატომური ფიზიკა: ანტიმატერიის სუპი

თუ აქამდე წაიკითხეთ, უკვე კარგად იცით, რომ როგორც კი ანტიმატერიის ნაწილაკი ჩვეულებრივ მატერიაში შედის, ხდება განადგურება: ნაწილაკები და ანტინაწილაკი ქრება და გადაიქცევა რადიაციად. მაგრამ რამდენად სწრაფად ხდება ეს? წარმოვიდგინოთ პოზიტრონი, რომელიც გაფრინდა ვაკუუმიდან და შევიდა მყარ ნივთიერებაში. განადგურდება თუ არა ის პირველ ატომთან შეხებისას? სულაც არ არის საჭირო! ელექტრონისა და პოზიტრონის განადგურება არ არის მყისიერი პროცესი; მას ატომური მასშტაბით დიდი დრო სჭირდება. მაშასადამე, პოზიტრონი ახერხებს მატერიაში ნათელ ცხოვრებას, სავსე არა ტრივიალური მოვლენებით.

პირველ რიგში, პოზიტრონს შეუძლია აიღოს ობოლი ელექტრონი და შექმნას შეკრული მდგომარეობა, პოზიტრონიუმი (Ps). სპინის შესაფერისი ორიენტაციის გათვალისწინებით, პოზიტრონიუმს შეუძლია ათობით ნანოწამი იცოცხლოს განადგურებამდე. მყარ მატერიაში ყოფნისას, ამ დროის განმავლობაში მას მოუწევს ატომებთან შეჯახების დრო მილიონჯერ, რადგან პოზიტრონიუმის თერმული სიჩქარე ოთახის ტემპერატურაზე დაახლოებით 25 კმ/წმ-ია.

მეორეც, ნივთიერებაში დრეიფით, პოზიტრონიუმი შეიძლება გამოვიდეს ზედაპირზე და იქ დარჩეს - ეს არის ატომური ადსორბციის პოზიტრონიული (უფრო სწორად, პოზიტრონიუმის) ანალოგი. ოთახის ტემპერატურაზე ის არ ზის ერთ ადგილას, მაგრამ აქტიურად მოძრაობს ზედაპირზე. და თუ ეს არ არის გარეგანი ზედაპირი, არამედ ნანომეტრის ზომის ფორა, მაშინ პოზიტრონიუმი მასში დიდი ხნის განმავლობაში ჩერდება.

უფრო მეტი. ასეთი ექსპერიმენტების სტანდარტულ მასალაში, ფოროვან კვარცში, ფორები არ არის იზოლირებული, მაგრამ დაკავშირებულია ნანოარხებით საერთო ქსელში. თბილ პოზიტრონიუმს, რომელიც ზედაპირზე ცოცავს, ექნება დრო, გამოიკვლიოს ასობით ფორები. და რადგანაც ამგვარ ექსპერიმენტებში ბევრი პოზიტრონიუმი იქმნება და თითქმის ყველა მათგანი ფორებში ცოცავს, ადრე თუ გვიან ისინი ერთმანეთს ეჯახებიან და ურთიერთქმედებით ზოგჯერ ქმნიან რეალურ მოლეკულებს - მოლეკულურ პოზიტრონიუმს, Ps 2. შემდეგ შეგიძლიათ შეისწავლოთ როგორ იქცევა პოზიტრონიუმის აირი, რა აღგზნებული მდგომარეობა აქვს პოზიტრონიუმს და ა.შ. და არ იფიქროთ, რომ ეს წმინდა თეორიული მოსაზრებებია; ყველა ეს ეფექტი უკვე გამოცდილი და შესწავლილია ექსპერიმენტულად.

აქვს თუ არა ანტიმატერიას პრაქტიკული გამოყენება?

Რა თქმა უნდა. ზოგადად, ნებისმიერი ფიზიკური პროცესი, თუ ის ჩვენს წინაშე გვიხსნის ჩვენი სამყაროს ახალ ასპექტს და არ საჭიროებს დამატებით ხარჯებს, აუცილებლად იპოვის პრაქტიკულ გამოყენებას. უფრო მეტიც, ისეთ აპლიკაციებს, რომლებსაც ჩვენ თვითონ ვერ წარმოვიდგენდით, რომ არ აღმოგვეჩინა და ჯერ არ შეგვესწავლა ამ ფენომენის სამეცნიერო მხარე.

ანტინაწილაკების ყველაზე ცნობილი გამოყენებაა PET, პოზიტრონის ემისიური ტომოგრაფია. ზოგადად, ბირთვულ ფიზიკას აქვს სამედიცინო აპლიკაციების შთამბეჭდავი გამოცდილება და ანტინაწილაკები არც აქ არიან უმოქმედო. PET-ით, პაციენტის სხეულში შეჰყავთ წამლის მცირე დოზა, რომელიც შეიცავს არასტაბილურ იზოტოპს ხანმოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობით (წუთებიდან საათამდე) და იშლება დადებითი ბეტა დაშლის გამო. პრეპარატი გროვდება სასურველ ქსოვილებში, ბირთვები ფუჭდება და გამოყოფს პოზიტრონებს, რომლებიც ანადგურებენ მახლობლად და წარმოქმნიან გარკვეული ენერგიის ორ გამა კვანტს. დეტექტორი აღრიცხავს მათ, განსაზღვრავს მათი ჩამოსვლის მიმართულებასა და დროს და აღადგენს ადგილს, სადაც მოხდა დაშლა. ეს შესაძლებელს ხდის მატერიის განაწილების სამგანზომილებიანი რუქის აგებას მაღალი სივრცითი გარჩევადობით და გამოსხივების მინიმალური დოზით.

პოზიტრონები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მასალების მეცნიერებაში, მაგალითად, ნივთიერების ფორიანობის გასაზომად. თუ ნივთიერება უწყვეტია, მაშინ ნივთიერებაში საკმარის სიღრმეზე ჩარჩენილი პოზიტრონები საკმაოდ სწრაფად ანადგურებენ და ასხივებენ გამა სხივებს. თუ ნივთიერების შიგნით არის ნანოფორები, განადგურება შეფერხებულია, რადგან პოზიტრონიუმი ეკვრის ფორის ზედაპირს. ამ შეფერხების გაზომვით შესაძლებელია ნივთიერების ნანოფორიანობის ხარისხის დადგენა უკონტაქტო და არადესტრუქციული მეთოდით. ეს ტექნიკა ილუსტრირებულია უახლესი სამუშაოებით, თუ როგორ ჩნდება და იხურება ნანოფორები ყინულის ყველაზე თხელ ფენაში, როდესაც ორთქლი დეპონირდება ზედაპირზე. ანალოგიური მიდგომა ასევე მუშაობს ნახევარგამტარული კრისტალების სტრუქტურული დეფექტების შესწავლისას, მაგალითად, ვაკანსიები და დისლოკაციები, და საშუალებას აძლევს გაზომოს მასალის სტრუქტურული დაღლილობა.

ანტიპროტონებს შეიძლება ჰქონდეთ სამედიცინო გამოყენებაც. ახლა იმავე CERN-ში ტარდება ACE ექსპერიმენტი, რომელიც სწავლობს ანტიპროტონული სხივის ეფექტს ცოცხალ უჯრედებზე. მისი მიზანია კიბოს თერაპიისთვის ანტიპროტონების გამოყენების პერსპექტივების შესწავლა.

იონური სხივისა და რენტგენის ენერგიის გამოყოფა ნივთიერების გავლისას.

სურათი: იოჰანეს გუტლებერი/CERN

ამ აზრმა შეიძლება ჩვევის გამო შეაშინოს მკითხველი: როგორ შეიძლება ანტიპროტონული სხივი მოხვდეს ცოცხალ ადამიანს?! დიახ, და ეს ბევრად უფრო უსაფრთხოა, ვიდრე ღრმა სიმსივნის დასხივება რენტგენის სხივებით! სპეციალურად შერჩეული ენერგიის ანტიპროტონული სხივი ქირურგის ხელში ხდება ეფექტური საშუალება, რომლითაც შესაძლებელია სხეულის ღრმად დაწვა სიმსივნეები და მინიმუმამდე დაიყვანოს გავლენა მიმდებარე ქსოვილებზე. რენტგენისგან განსხვავებით, რომელიც წვავს ყველაფერს, რაც სხივის ქვეშ ხვდება, მძიმე დამუხტული ნაწილაკები მატერიის გავლით ათავისუფლებენ ენერგიის დიდ ნაწილს ბოლო სანტიმეტრებში გაჩერებამდე. ნაწილაკების ენერგიის რეგულირებით, შეგიძლიათ შეცვალოთ სიღრმე, რომელზედაც ჩერდება ნაწილაკები; ეს არის მილიმეტრიანი ზომით ეს რეგიონი, რომელიც მოახდენს ძირითად რადიაციულ ზემოქმედებას.

პროტონის სხივის ამ ტიპის რადიოთერაპია დიდი ხანია გამოიყენება მსოფლიოს მრავალ კეთილმოწყობილ კლინიკაში. ბოლო დროს ზოგიერთი მათგანი იონთერაპიაზე გადავიდა, რომელიც პროტონების ნაცვლად ნახშირბადის იონების სხივს იყენებს. მათთვის ენერგიის გამოყოფის პროფილი კიდევ უფრო კონტრასტულია, რაც იმას ნიშნავს, რომ წყვილის „თერაპიული ეფექტები გვერდითი ეფექტების წინააღმდეგ“ ეფექტურობა იზრდება. მაგრამ უკვე დიდი ხანია შემოთავაზებულია ამ მიზნით ანტიპროტონების ცდა. ბოლოს და ბოლოს, როდესაც ისინი შედიან ნივთიერებაში, ისინი არა მხოლოდ თმობენ კინეტიკურ ენერგიას, არამედ ანადგურებენ გაჩერების შემდეგ - და ეს რამდენჯერმე ზრდის ენერგიის გამოყოფას. სად დეპონირდება ეს დამატებითი ენერგია რთული საკითხია და საჭიროებს გულდასმით შესწავლას კლინიკური კვლევების დაწყებამდე.

ეს არის ზუსტად ის, რასაც ACE ექსპერიმენტი აკეთებს. მასში მკვლევარები ანტიპროტონების სხივს გადიან კუვეტის მეშვეობით, რომელიც შეიცავს ბაქტერიულ კულტურას და ზომავენ მათ გადარჩენას მდებარეობის, სხივის პარამეტრების და გარემოს ფიზიკური მახასიათებლების მიხედვით. ტექნიკური მონაცემების ეს მეთოდური და შესაძლოა მოსაწყენი შეგროვება ნებისმიერი ახალი ტექნოლოგიის მნიშვნელოვანი საწყისი ეტაპია.

იგორ ივანოვი

ცოდნის ეკოლოგია: ანტიმატერია დიდი ხანია სამეცნიერო ფანტასტიკის საგანია. წიგნში და ფილმში ანგელოზები და დემონები პროფესორი ლენგდონი ცდილობს გადაარჩინოს ვატიკანი ანტიმატერიის ბომბისგან. Star Trek Starship Enterprise იყენებს ძრავას, რომელიც დაფუძნებულია

ანტიმატერია დიდი ხანია სამეცნიერო ფანტასტიკის საგანია. წიგნში და ფილმში ანგელოზები და დემონები პროფესორი ლენგდონი ცდილობს გადაარჩინოს ვატიკანი ანტიმატერიის ბომბისგან. Star Trek's Starship Enterprise იყენებს გამანადგურებელ ანტიმატერიის მოძრაობას სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოგზაურობისთვის. მაგრამ ანტიმატერია ასევე ჩვენი რეალობის ობიექტია. ანტიმატერიის ნაწილაკები პრაქტიკულად იდენტურია მათი მატერიალური პარტნიორების, გარდა იმისა, რომ ისინი ატარებენ საპირისპირო მუხტს და ტრიალებს. როდესაც ანტიმატერია ხვდება მატერიას, ისინი მყისიერად ნადგურდებიან ენერგიად და ეს აღარ არის ფიქცია.

მიუხედავად იმისა, რომ ანტიმატერიის ბომბები და გემები, რომლებიც იკვებება იმავე საწვავზე, ჯერ კიდევ არ არის პრაქტიკული შესაძლებლობა, არსებობს მრავალი ფაქტი ანტიმატერიის შესახებ, რომელიც გაგაოცებთ ან გაგაახლებთ მეხსიერებას იმის შესახებ, რაც უკვე იცოდით.

1. ანტიმატერიას უნდა გაენადგურებინა სამყაროში არსებული მთელი მატერია დიდი აფეთქების შემდეგ

თეორიის თანახმად, დიდმა აფეთქებამ შექმნა მატერია და ანტიმატერია თანაბარი რაოდენობით. როდესაც ისინი ხვდებიან, ხდება ორმხრივი განადგურება, განადგურება და მხოლოდ სუფთა ენერგია რჩება. აქედან გამომდინარე, ჩვენ არ უნდა ვიყოთ.

მაგრამ ჩვენ ვარსებობთ. და რამდენადაც ფიზიკოსებმა იციან, ეს იმიტომ ხდება, რომ ყოველ მილიარდ მატერია-ანტიმატერიის წყვილზე მატერიის ერთი დამატებითი ნაწილაკი იყო. ფიზიკოსები ყველანაირად ცდილობენ ამ ასიმეტრიის ახსნას.

2. ანტიმატერია შენთან უფრო ახლოსაა ვიდრე გგონია

მცირე რაოდენობით ანტიმატერია მუდმივად წვიმს დედამიწაზე კოსმოსური სხივების, კოსმოსური ენერგიული ნაწილაკების სახით. ეს ანტიმატერიის ნაწილაკები ჩვენს ატმოსფეროში აღწევს კვადრატულ მეტრზე ერთიდან ასზე მეტ დონემდე. მეცნიერებს ასევე აქვთ მტკიცებულებები, რომ ანტიმატერია იქმნება ჭექა-ქუხილის დროს.

არსებობს ანტიმატერიის სხვა წყაროები, რომლებიც ჩვენთან უფრო ახლოსაა. მაგალითად, ბანანი აწარმოებს ანტიმატერიას ერთი პოზიტრონის - ელექტრონის ანტიმატერიის ეკვივალენტის გამოსხივებით, დაახლოებით 75 წუთში ერთხელ. ეს იმიტომ ხდება, რომ ბანანი შეიცავს მცირე რაოდენობით კალიუმ-40-ს, კალიუმის ბუნებრივ იზოტოპს. კალიუმ-40-ის დაშლისას ზოგჯერ წარმოიქმნება პოზიტრონი.

ჩვენი სხეული ასევე შეიცავს კალიუმ-40-ს, რაც ნიშნავს, რომ თქვენ ასევე გამოყოფთ პოზიტრონებს. ანტიმატერია მატერიასთან შეხებისას მყისიერად ანადგურებს, ამიტომ ეს ანტიმატერიის ნაწილაკები დიდხანს არ ძლებენ.

3. ადამიანებმა მოახერხეს ძალიან ცოტა ანტიმატერიის შექმნა

ანტიმატერიისა და მატერიის განადგურებას აქვს უზარმაზარი ენერგიის გამოყოფის პოტენციალი. გრამ ანტიმატერიას შეუძლია ბირთვული ბომბის ზომის აფეთქება გამოიწვიოს. თუმცა, ადამიანებს ბევრი ანტიმატერია არ გამოუმუშავებიათ, ამიტომ არაფრის შეშინება არ არის.

ფერმილაბის ტევატრონის ნაწილაკების ამაჩქარებელზე შექმნილი ყველა ანტიპროტონი ძლივს გაზომავს 15 ნანოგრამს. CERN-მა დღემდე მხოლოდ 1 ნანოგრამი გამოუშვა. გერმანიაში DESY-ში - არაუმეტეს 2 ნანოგრამი პოზიტრონი.

ადამიანის მიერ შექმნილი მთელი ანტიმატერია მყისიერად რომ განადგურდეს, მისი ენერგია ერთი ფინჯანი ჩაის ასადუღებლადაც კი არ იქნება საკმარისი.

პრობლემა მდგომარეობს ანტიმატერიის წარმოებისა და შენახვის ეფექტურობასა და ღირებულებაში. 1 გრამი ანტიმატერიის შექმნას დაახლოებით 25 მილიონი კილოვატ/საათი ენერგია სჭირდება და მილიონ მილიარდ დოლარზე მეტი ჯდება. გასაკვირი არ არის, რომ ანტიმატერია ზოგჯერ შედის ჩვენი სამყაროს ათი ყველაზე ძვირადღირებული ნივთიერების სიაში.

4. არსებობს ანტიმატერიის ხაფანგი

ანტიმატერიის შესასწავლად საჭიროა თავიდან აიცილოთ იგი მატერიით განადგურებისგან. მეცნიერებმა ამის გაკეთების რამდენიმე გზა იპოვეს.

დამუხტული ანტიმატერიის ნაწილაკები, როგორიცაა პოზიტრონები და ანტიპროტონები, შეიძლება ინახებოდეს ეგრეთ წოდებულ პენინგის ხაფანგებში. ისინი ჰგავს პატარა ნაწილაკების ამაჩქარებლებს. მათ შიგნით ნაწილაკები სპირალურად მოძრაობენ, ხოლო მაგნიტური და ელექტრული ველები იცავს მათ ხაფანგის კედლებთან შეჯახებისგან.

თუმცა, პენინგის ხაფანგები არ მუშაობს ნეიტრალურ ნაწილაკებზე, როგორიცაა ანტიწყალბადი. იმის გამო, რომ მათ არ აქვთ მუხტი, ეს ნაწილაკები არ შეიძლება შემოიფარგლონ ელექტრული ველებით. ისინი ინახება იოფის ხაფანგებში, რომლებიც მუშაობენ სივრცის რეგიონის შექმნით, სადაც მაგნიტური ველი ძლიერდება ყველა მიმართულებით. ანტიმატერიის ნაწილაკები ჩერდებიან ყველაზე სუსტი მაგნიტური ველის მქონე რეგიონში.

დედამიწის მაგნიტურ ველს შეუძლია ანტიმატერიის ხაფანგის როლი იმოქმედოს. ანტიპროტონები აღმოაჩინეს დედამიწის გარშემო გარკვეულ ზონებში - ვან ალენის რადიაციული სარტყლები.

5. ანტიმატერია შეიძლება დაეცეს (სიტყვასიტყვით)

მატერიასა და ანტიმატერიის ნაწილაკებს აქვთ იგივე მასა, მაგრამ განსხვავდებიან ისეთი თვისებებით, როგორიცაა ელექტრული მუხტი და სპინი. სტანდარტული მოდელი პროგნოზირებს, რომ გრავიტაცია თანაბრად უნდა იმოქმედოს მატერიაზე და ანტიმატერიაზე, მაგრამ ეს აუცილებლად გასარკვევია. ამაზე მუშაობს ექსპერიმენტები, როგორიცაა AEGIS, ALPHA და GBAR.

ანტიმატერიაში გრავიტაციულ ეფექტზე დაკვირვება არც ისე ადვილია, როგორც ხიდან ჩამოვარდნის ვაშლის ყურება. ეს ექსპერიმენტები მოითხოვს ანტიმატერიის ხაფანგში შენახვას ან შენელებას მისი გაციებით აბსოლუტურ ნულის ზემოთ ტემპერატურამდე. და რადგან გრავიტაცია ფუნდამენტურ ძალებს შორის ყველაზე სუსტია, ფიზიკოსებმა უნდა გამოიყენონ ნეიტრალური ანტიმატერიის ნაწილაკები ამ ექსპერიმენტებში, რათა თავიდან აიცილონ ურთიერთქმედება ელექტროენერგიის უფრო ძლიერ ძალასთან.

6. ანტიმატერიის შესწავლა მიმდინარეობს ნაწილაკების მოდერატორებში

გსმენიათ ნაწილაკების ამაჩქარებლების შესახებ და გსმენიათ თუ არა ნაწილაკების მოდერატორების შესახებ? CERN-ს აქვს მანქანა, რომელსაც ეწოდება ანტიპროტონული დამამშვიდებელი, რომელიც აკავებს და ანელებს ანტიპროტონებს რგოლში მათი თვისებებისა და ქცევის შესასწავლად.

რგოლის ფორმის ნაწილაკების ამაჩქარებლებში, როგორიცაა დიდი ადრონული კოლაიდერი, ნაწილაკები იღებენ ენერგიულ სტიმულს ყოველ ჯერზე, როცა ისინი ასრულებენ წრეს. მოდერატორები საპირისპიროდ მუშაობენ: ნაწილაკების აჩქარების ნაცვლად, მათ საპირისპირო მიმართულებით უბიძგებენ.

7. ნეიტრინო შეიძლება იყოს მათივე ანტინაწილაკები

მატერიის ნაწილაკი და მისი ანტიმატერიის პარტნიორი ატარებენ საპირისპირო მუხტებს, რაც აადვილებს მათ გარჩევას. ნეიტრინოებს, თითქმის მასის გარეშე ნაწილაკებს, რომლებიც იშვიათად ურთიერთობენ მატერიასთან, არ აქვთ მუხტი. მეცნიერები ფიქრობენ, რომ ისინი შეიძლება იყოს მაიორანას ნაწილაკები, ნაწილაკების ჰიპოთეტური კლასი, რომლებიც მათივე ანტინაწილაკებია.

პროექტები, როგორიცაა Majorana Demonstrator და EXO-200, მიზნად ისახავს განსაზღვრონ ნეიტრინოები მართლაც მაჯორანას ნაწილაკები ეგრეთ წოდებული უნეიტრინო ორმაგი ბეტა დაშლის ქცევაზე დაკვირვებით.

ზოგიერთი რადიოაქტიური ბირთვი ერთდროულად იშლება, ასხივებს ორ ელექტრონს და ორ ნეიტრინოს. ნეიტრინოები რომ ყოფილიყო მათივე ანტინაწილაკები, ისინი გაანადგურებდნენ ორმაგი დაშლის შემდეგ და მეცნიერებს მხოლოდ ელექტრონები დარჩებოდნენ დასაკვირვებლად.

მაიორანას ნეიტრინოების ძიებამ შეიძლება დაგვეხმაროს იმის ახსნაში, თუ რატომ არსებობს მატერია-ანტიმატერიის ასიმეტრია. ფიზიკოსები ვარაუდობენ, რომ მაიორანას ნეიტრინო შეიძლება იყოს მძიმე ან მსუბუქი. მსუბუქიები დღეს არსებობს, მაგრამ მძიმეები არსებობდნენ დიდი აფეთქების შემდეგ. მაიორანას მძიმე ნეიტრინოები ასიმეტრიულად იშლებოდა, რის შედეგადაც წარმოიქმნა მატერიის მცირე რაოდენობა, რომელიც ავსებდა ჩვენს სამყაროს.

8. ანტიმატერია გამოიყენება მედიცინაში

PET, PET (პოზიტრონის ემისიის ტოპოგრაფია) იყენებს პოზიტრონებს სხეულის მაღალი გარჩევადობის გამოსახულების შესაქმნელად. პოზიტრონის გამოსხივებული რადიოაქტიური იზოტოპები (როგორც ის, რაც ბანანშია) ერთვის ქიმიკატებს, როგორიცაა გლუკოზა, რომელიც გვხვდება ორგანიზმში. ისინი შეჰყავთ სისხლძარღვში, სადაც ბუნებრივად იშლება და გამოყოფს პოზიტრონებს. ისინი, თავის მხრივ, ხვდებიან სხეულის ელექტრონებს და ანადგურებენ. ანიჰილაცია წარმოქმნის გამა სხივებს, რომლებიც გამოიყენება გამოსახულების ასაგებად.

CERN-ის ACE პროექტის მეცნიერები სწავლობენ ანტიმატერიას, როგორც კიბოს მკურნალობის პოტენციურ კანდიდატს. ექიმებმა უკვე აღმოაჩინეს, რომ მათ შეუძლიათ ნაწილაკების სხივები სიმსივნეზე მიმართონ, მათი ენერგიის გამოთავისუფლება მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ისინი უსაფრთხოდ გაივლიან ჯანსაღ ქსოვილში. ანტიპროტონების გამოყენება დამატებით ენერგიას შემატებს. ეს ტექნიკა ეფექტური აღმოჩნდა ზაზუნების სამკურნალოდ, მაგრამ ჯერ არ არის გამოცდილი ადამიანებზე.

9. ანტიმატერია შესაძლოა კოსმოსში იმალება

მეცნიერები მატერია-ანტიმატერიის ასიმეტრიის პრობლემის გადაჭრის ერთ-ერთი გზაა დიდი აფეთქების შედეგად დარჩენილი ანტიმატერიის ძიება.

ალფა მაგნიტური სპექტრომეტრი (AMS) არის ნაწილაკების დეტექტორი, რომელიც მდებარეობს საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურზე, რომელიც ეძებს ასეთ ნაწილაკებს. AMS შეიცავს მაგნიტურ ველებს, რომლებიც უხვევენ კოსმოსური ნაწილაკების გზას და გამოყოფენ მატერიას ანტიმატერიისგან. მისმა დეტექტორებმა უნდა ამოიცნონ და ამოიცნონ ასეთი ნაწილაკები მათი გავლისას.

კოსმოსური სხივების შეჯახება, როგორც წესი, წარმოქმნის პოზიტრონებს და ანტიპროტონებს, მაგრამ ანტიჰელიუმის ატომის შექმნის ალბათობა უკიდურესად მცირეა ამ პროცესისთვის საჭირო ენერგიის უზარმაზარი რაოდენობის გამო. ეს ნიშნავს, რომ თუნდაც ერთი ანტიჰელიუმის ბირთვის დაკვირვება იქნება ძლიერი მტკიცებულება სამყაროს სხვაგან ანტიმატერიის გიგანტური რაოდენობით არსებობის შესახებ.

10. ადამიანები რეალურად სწავლობენ, თუ როგორ აამოქმედონ კოსმოსური ხომალდი ანტიმატერიის საწვავით.

სულ ცოტა ანტიმატერიას შეუძლია უზარმაზარი ენერგიის გამომუშავება, რაც მას პოპულარულ საწვავს აქცევს სამეცნიერო ფანტასტიკის ფუტურისტული გემებისთვის.

ანტიმატერიის სარაკეტო ძრავა ჰიპოთეტურად შესაძლებელია; მთავარი შეზღუდვა არის საკმარისი ანტიმატერიის შეგროვება, რომ ეს მოხდეს.

ტექნოლოგია ჯერ არ არსებობს ანტიმატერიის მასობრივი წარმოებისთვის ან შეგროვებისთვის ასეთი აპლიკაციებისთვის საჭირო რაოდენობით. თუმცა, მეცნიერები მუშაობენ ამგვარი მოძრაობის სიმულაციაზე და სწორედ ამ ანტიმატერიის შესანახად. ერთ მშვენიერ დღეს, თუ ჩვენ ვიპოვით გზას დიდი რაოდენობით ანტიმატერიის გამომუშავებისთვის, მათმა კვლევამ შეიძლება ხელი შეუწყოს ვარსკვლავთშორისი მოგზაურობას რეალობად.გამოქვეყნდა

ნებისმიერი სახის ინფორმაციის საჯარო ხელმისაწვდომობამ, სამეცნიერო ფანტასტიკის ფილმების სიმრავლემ, რომელთა თემები დაკავშირებულია გარკვეულ სამეცნიერო თუ ფსევდომეცნიერულ პრობლემებთან, სენსაციური რომანების პოპულარობა - ამ ყველაფერმა გამოიწვია მითების მნიშვნელოვანი რაოდენობის ჩამოყალიბება ჩვენს შესახებ. მსოფლიო. მაგალითად, მრავალი თეორიის წყალობით, რომლებიც ასახავს სამყაროს აღსასრულის ვარიანტებს, "ანტიმატერიის" კონცეფცია ფართოდ გამოიყენება. ხელოვნების ნაწარმოებებში და აპოკალიფსურ თეორიებში, ანტიმატერია ეხება გარკვეულ ნივთიერებას, რომლის თვისებები საპირისპიროა სუბსტანციის, მატერიის. ერთგვარი შავი ხვრელი, რომელიც შთანთქავს და ანადგურებს ყველაფერს, რაც მოხვდება მის მიზიდულობის ზონაში. რა არის ანტიმატერია, სინამდვილეში, თქვენ უნდა ჰკითხოთ არა მწერლებს, რეჟისორებს და საერთო კოლაფსის მოლოდინით შეპყრობილებს, არამედ მეცნიერებს.

ანტინაწილაკები და ანტიმატერია სამყაროს ნორმალური ნაწილია

მეცნიერები გეტყვიან, რომ ანტიმატერიაში არაფერია საშინელი და კატასტროფული. თუ მხოლოდ იმის გამო, რომ შეუძლებელია მატერიისა და ანტიმატერიის დაპირისპირება - რასაც ჩვეულებრივ ანტიმატერიას უწოდებენ, სინამდვილეში არის ნივთიერების ტიპი, ანუ მატერია. სამეცნიერო კლასიფიკაციის მიხედვით, მატერიის ნაწილაკებს ჩვეულებრივ უწოდებენ მატერიალურ სტრუქტურებს, რომლებიც შედგება ელემენტარული ნაწილაკებით გარშემორტყმული ატომებისგან. ატომის ძირითადი ნაწილია ბირთვი, რომელსაც აქვს დადებითი მუხტი და მის გარშემო არსებული ელემენტარული ნაწილაკები უარყოფითად არის დამუხტული. ეს არის იგივე ელექტრონები, რომელთა სახელს ჩვენ ყოველდღიურ ცხოვრებაში ვიყენებთ ელექტრონიკისა და ელექტრო მოწყობილობების ხსენებისას.

ანტიმატერი შედგება ანტინაწილაკებისგან, ანუ იმ მატერიალური სტრუქტურებისგან, რომელთა ბირთვებს აქვთ უარყოფითი მუხტი, ხოლო მათ გარშემო მყოფ ნაწილაკებს აქვთ დადებითი მუხტი.

დადებითი ელემენტარული ნაწილაკები მეცნიერებმა მხოლოდ 1932 წელს აღმოაჩინეს და მათ პოზიტრონები უწოდეს. ასევე არ არსებობს ფატალური დრამა ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების, მატერიისა და ანტიმატერიის ურთიერთქმედებაში. ხდება განადგურება - რეაქტიული მატერიისა და ანტიმატერიის ფუნდამენტურად ახალ ნაწილაკებად გადაქცევის პროცესი, რომლებიც თავდაპირველად არ არსებობდნენ და აქვთ ორიგინალური, „დედა“ ნაწილაკებისგან განსხვავებული თვისებები. მართალია, "გვერდითი ეფექტი" შეიძლება საკმაოდ საშიში იყოს: განადგურებას თან ახლავს უზარმაზარი ენერგიის განთავისუფლება. დადგენილია, რომ 1 კილოგრამი მატერიის რეაქცია 1 კილოგრამ ანტიმატერიასთან გამოყოფს ენერგიას, რომელიც უდრის დაახლოებით 43 მეგატონას აფეთქებულ ტროტილს. დედამიწაზე აფეთქებულ ყველაზე მძლავრ ბირთვულ ბომბს დაახლოებით 58 მეგატონა ტროტილის პოტენციალი ჰქონდა.

როგორ მივიღოთ ანტიმატერია არ არის მეცნიერების საკითხი

ანტიმატერიის რეალობა დადასტურებული ფაქტია. მეცნიერთა თეორიული ვარაუდები ჰარმონიულად ერწყმოდა მსოფლიოს ზოგად მეცნიერულ სურათს, შემდეგ კი ანტინაწილაკები ექსპერიმენტულად აღმოაჩინეს. თითქმის ორმოცდაათი წელია, ანტინაწილაკები ხელოვნურად წარმოიქმნება ნაწილაკებსა და ანტინაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების რეაქციის შედეგად. 1965 წელს სინთეზირებული იქნა ანტიდეიტრონი და 30 წლის შემდეგ მიიღეს ანტიწყალბადი (მისი განსხვავება "კლასიკური" წყალბადისგან არის ის, რომ ანტიმატერიის ატომი შედგება პოზიტრონისა და ანტიპროტონისგან). მეცნიერები უფრო შორს წავიდნენ და 2010-2011 წლებში შეძლეს ანტიმატერიის ატომების „დაჭერა“ ლაბორატორიულ პირობებში. დაე, მხოლოდ 40 ატომი აღმოჩნდეს "ხაფანგში" და მათ შეძლეს მათი შეკავება 172 მილიწამში.

ანტინაწილაკების შესწავლის პრაქტიკული პერსპექტივები აშკარაა, ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების ურთიერთქმედების უზარმაზარი ენერგეტიკული პოტენციალის გათვალისწინებით.

ანტიმატერიის გამოყენება და ამ პროცესის კონტროლირებადი გაშვება რეალურად გამორიცხავს ენერგიის მოპოვების პრობლემას ერთხელ და სამუდამოდ.

სირთულე, როგორც ყოველთვის, ფულშია: გამოთვლები აჩვენებს, რომ დღეს დაახლოებით 60 ტრილიონი დოლარი დაჯდება მხოლოდ ერთი გრამი ანტიმატერიის წარმოება. ასე რომ, ტრადიციული ენერგიის წყაროები ახლა აქტუალური რჩება - მაგრამ კვლევა უნდა გაგრძელდეს. უფრო მეტიც, უკვე 20-21-ე საუკუნეების მიჯნაზე, ასტრონომებმა და ასტროფიზიკოსებმა აღმოაჩინეს ანტიმატერიის წყაროები სამყაროში. კერძოდ, მიღებული იქნა მონაცემები გარე სივრცეში მოძრავი დადებითად დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკების (პოზიტრონების) რეალური ნაკადების შესახებ. გაჩნდა რამდენიმე თეორია, მეტ-ნაკლებად დასაბუთებული პრაქტიკული კვლევებით, რომლებიც ხსნიან ბუნებრივ პირობებში ანტინაწილაკების წარმოქმნის მექანიზმებს.

ძალიან პოპულარული ახსნა არის ის, რომ ანტინაწილაკები წარმოიქმნება ძლიერ გრავიტაციულ ველში შავ ხვრელებში. ეს გრავიტაციული ველი ურთიერთქმედებს "ჩვეულებრივ" მატერიასთან და მატერიის "დამუშავების" პროცესის შედეგად მიიღება პოზიტრონები - ნაწილაკები, რომლებმაც გრავიტაციის გავლენით შეცვალეს მუხტი უარყოფითიდან პოზიტიურად. კიდევ ერთი კონცეფცია მიუთითებს ბუნებრივ რადიოაქტიურ ელემენტებზე, რომელთაგან ყველაზე ცნობილია სუპერნოვა. ვარაუდობენ, რომ ეს ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორები „აწარმოებენ“ ანტინაწილაკებს, როგორც ქვეპროდუქტს. არსებობს სხვა ვერსიებიც: მაგალითად, ორი ვარსკვლავის შერწყმის პროცესს შეიძლება ახლდეს შეცვლილი მუხტის მქონე ნაწილაკების წარმოქმნა ან, პირიქით, ასეთმა ეფექტმა გამოიწვიოს ვარსკვლავების სიკვდილი.

სად ვიპოვოთ ანტიმატერია - თავსატეხი მკვლევრებისთვის

ამრიგად, ანტიმატერიის არსებობა უდაოა. მაგრამ, როგორც ჩვეულებრივ ხდება სამყაროს საიდუმლოებების შესწავლისას, წარმოიშვა ფუნდამენტური პრობლემა, რომლის გადაჭრა მეცნიერებამ მისი განვითარების ამ ეტაპზე ჯერ ვერ შეძლო. სამყაროს სტრუქტურის სიმეტრიის პრინციპის მიხედვით , ჩვენი სამყარო უნდა შეიცავდეს დაახლოებით იმავე რაოდენობის მატერიას, როგორც ანტიმატერია, იმდენივე ატომს, რომელიც შედგება დადებითი ბირთვისა და უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებისგან, რამდენიც ატომები უარყოფითი ბირთვით და დადებითი ნაწილაკებით. მაგრამ პრაქტიკაში, ანტიმატერიის ფართომასშტაბიანი დაგროვების კვალი (თეორეტიკოსებმა ასეთი დაგროვების სახელიც კი მოიგონეს - "ანტისამყარო") ამ დროისთვის არ არის აღმოჩენილი.

ასტრონომიულ დაკვირვებებში ანტიმატერია საკმაოდ კარგად არის აღმოჩენილი მხოლოდ გამოსხივებული გამა გამოსხივების გამო. თუმცა, ოპტიმისტები იმედს არ კარგავენ - და ეს სამართლიანადაც არის.

ჯერ ერთი, დედამიწა შეიძლება მდებარეობდეს სამყაროს იმ „მატერიალურ“ ნაწილში, რომელიც მაქსიმალურად არის დაშორებული „ანტიმატერიის“ ნახევრისგან. ეს ნიშნავს, რომ მთელი წერტილი არის არასაკმარისად ძლიერი და დახვეწილი სადამკვირვებლო მოწყობილობები. მეორეც, ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მხრივ, მატერიისა და ანტიმატერიისგან შემდგარი ობიექტები განუყოფელია, ამიტომ ოპტიკური დაკვირვების მეთოდი აქ უსარგებლოა. მესამე, კომპრომისული თეორიები არ იქნა უარყოფილი - მაგალითად, რომ სამყაროს აქვს უჯრედული სტრუქტურა, რომელშიც თითოეული უჯრედი შედგება ნახევარი მატერიისგან და ნახევრად ანტიმატერიისგან.

ალექსანდრე ბაბიცკი