Антивещество́ — вещество , состоящее из античастиц , стабильно не образующееся в природе (наблюдательные данные не свидетельствуют об обнаружении антивещества в нашей Галактике и за её пределами ).

Ядра атомов антивещества, синтезированные учёными, состоят из антипротонов и антинейтронов, а оболочки — из позитронов .

При взаимодействии вещества и антивещества происходит их аннигиляция , при этом образуются высокоэнергетические фотоны или пары частиц-античастиц.

В наблюдаемой нами части Вселенной существенных скоплений ^{[ прояснить ]} антивещества не обнаружено , однако ведутся споры о том, состоит ли Вселенная почти исключительно из вещества, и существуют ли другие места, заполненные, наоборот, практически полностью антивеществом. Асимметрия вещества и антивещества во Вселенной — одна из самых больших нерешенных задач физики (см. Барионная асимметрия Вселенной ); предполагается, что асимметрия возникла в первые доли секунды после Большого Взрыва .

Получение

В 1965 году группа под руководством Л. Ледермана наблюдала ^{[ где? ]} события образования ядер антидейтерия . В 1970 году группа учёных под руководством Ю. Д. Прокошкина из Института физики высоких энергий (г. Протвино ) зарегистрировала несколько событий образования ядер .

В 1970 —1974 группой под руководством Ю. Д. Прокошкина на серпуховском ускорителе были получены и более тяжелые антиядра — трития (изотоп водорода) , гелия (антигелий-3) .

В 2001 году в ЦЕРНе был синтезирован атом антиводорода , состоящий из позитрона и антипротона. В последние годы антиводород был получен в значительных количествах и было начато детальное изучение его свойств.

В 2010 году физикам впервые удалось кратковременно поймать в «ловушку» атомы антивещества. Для этого ученые охлаждали облако, содержащее около 30 тысяч антипротонов , до температуры 200 кельвинов ( -73,15 градуса Цельсия ), и облако из 2 миллионов позитронов до температуры 40К (минус 233,15 градуса Цельсия). Физики охлаждали антивещество в ловушке Пеннинга , встроенной внутрь ловушки Иоффе — Питчарда . В общей сложности было поймано 38 атомов , которые удерживались 172 миллисекунды .

В мае 2011 года результаты предыдущего эксперимента удалось значительно улучшить — на этот раз было поймано 309 антипротонов, которые удерживались 1000 секунд. Дальнейшие эксперименты по удержанию антивещества призваны показать наличие или отсутствие для антивещества эффекта антигравитации .

Стоимость

Антивещество известно как самая дорогая субстанция на Земле — по оценкам НАСА 2006 года, производство миллиграмма позитронов стоило примерно 25 миллионов долларов США . По оценке 1999 года, один грамм антиводорода стоил бы 62,5 триллиона долларов . По оценке CERN 2001 года, производство миллиардной доли грамма антивещества (объем, использованный CERN в столкновениях частиц и античастиц в течение десяти лет) стоило несколько сотен миллионов швейцарских франков .

Свойства

По современным представлениям, силы, определяющие структуру материи ( сильное взаимодействие , образующее ядра , и электромагнитное взаимодействие , образующее атомы и молекулы ), совершенно одинаковы ( симметричны ) как для частиц, так и для античастиц. Это означает, что структура антивещества должна быть идентична структуре обычного вещества .

Свойства антивещества полностью совпадают со свойствами обычного вещества, рассматриваемого через зеркало (зеркальность возникает вследствие несохранения чётности в слабых взаимодействиях ) .

При взаимодействии вещества и антивещества происходит их аннигиляция , при этом образуются высокоэнергетические фотоны или пары частиц-античастиц (порядка 50 % энергии при аннигиляции пары нуклон-антинуклон выделяется в форме нейтрино ^{[ источник не указан 3706 дней ]} , которые практически не взаимодействуют с веществом). Аннигиляция медленных нуклонов и антинуклонов ведёт к образованию нескольких π-мезонов, а аннигиляция электронов и позитронов — к образованию γ-квантов . В результате последующих распадов π-мезоны превращаются в γ-кванты . Во время процесса аннигиляции высвобождается значительно больше энергии, чем при проведении термоядерной реакции. Встреча одного грамма антивещества с одним граммом вещества может привести к высвобождению энергии в размере 180 триллионов джоулей .

При взаимодействии 1 кг антивещества и 1 кг вещества выделится приблизительно 1,8⋅10 ¹⁷ джоулей энергии, что эквивалентно энергии, выделяемой при взрыве 42,96 мегатонн тротила . Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, « Царь-бомба » (масса 26,5 т), при взрыве высвободило энергию, эквивалентную ~57—58,6 мегатоннам . Теллеровский предел для термоядерного оружия подразумевает, что самый эффективный выход энергии не превысит 6 кт /кг массы устройства ^{[ источник не указан 905 дней ]} .

В 2013 году эксперименты проводились на опытной установке, построенной на базе вакуумной ловушки ALPHA. Учёные провели измерения движения молекул антиматерии под действием гравитационного поля Земли. И хотя результаты оказались неточными, а измерения имеют низкую статистическую значимость, физики удовлетворены первыми опытами по прямому измерению гравитации антиматерии.

В ноябре 2015 года международная группа физиков на американском коллайдере RHIC экспериментально доказала идентичность структуры вещества и антивещества путём точного измерения сил взаимодействия между антипротонами, оказавшимися в этом плане неотличимыми от обычных протонов .

В 2016 году учёным коллаборации впервые удалось измерить оптический спектр атома антиводорода, отличий в спектре антиводорода от спектра водорода не обнаружено .

Также проводятся эксперименты по обнаружению массивных скоплений антивещества во Вселенной, таких как антизвезды, но свидетельств их существования не было обнаружено .

В 2023 году учёным коллаборации удалось экспериментально доказать, что антигравитации не существует, или если точнее, что гравитация оказывает на антиматерию влияние в том же направлении, что и на обычную материю, то есть притягивает её, а не отталкивает .

В поп-культуре

• По сюжету книги Дэна Брауна « Ангелы и демоны » из ЦЕРНа был украден большой образец антивещества, при помощи которого представители тайного ордена Иллюминатов хотели взорвать город-государство Ватикан .

См. также

• Антимир
• Материя (физика)
• Нерешённые проблемы современной физики
• Antiproton Decelerator

Примечания

Литература

• Власов Н. А. Антивещество. — М. : Атомиздат , 1966. — 184 с.
• Широков Ю. М. , Юдин Н. П. Ядерная физика. — М. : Наука , 1972. — 670 с.
• / Файнберг В. Я. // Анкилоз — Банка. — М. : Большая российская энциклопедия, 2005. — С. 39. — ( Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 2). — ISBN 5-85270-330-3 .
• Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Строение и эволюция Вселенной. М. , 1975.

Ссылки

• — 2011
• Пахлов, Павел. (неопр.) . postnauka.ru (23 мая 2014).
• Пахлов, Павел. (неопр.) . postnauka.ru (6 марта 2014).