Interested Article - Антивещество
- 2021-05-25
- 1
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 3750 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 [ источник не указан 38 дней ] .
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 949 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
Примечания
- , с. 153.
- ↑ .
- Б. С. Ишханов, Кэбин Э. И. от 27 октября 2016 на Wayback Machine // Ядерная физика в Интернете
- от 21 ноября 2010 на Wayback Machine : Лента.Ру , 18.11.2010, 12:45:23.
- от 4 мая 2011 на Wayback Machine : , 02.05.2011
- . NASA (2006). Дата обращения: 28 сентября 2009. 22 августа 2011 года.
- . NASA (12 апреля 1999). Дата обращения: 21 августа 2008. 22 августа 2011 года.
- . CERN (2001). Дата обращения: 24 мая 2008. 22 августа 2011 года.
- , с. 345.
- . Дата обращения: 5 ноября 2015. 4 ноября 2015 года.
- от 22 декабря 2016 на Wayback Machine // РИА, 19.12.2016
- от 22 декабря 2016 на Wayback Machine // 20.12.2016
- Зураб Силагадзе от 17 января 2018 на Wayback Machine // Наука и жизнь . — 2017. — № 5.
- . Дата обращения: 3 октября 2023. 3 октября 2023 года.
- (англ.) (FAQ). CERN (октябрь 2004). — Вопросы и ответы. 13 декабря 2007 года.
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. . postnauka.ru (23 мая 2014).
- Пахлов, Павел. . postnauka.ru (6 марта 2014).
- 2021-05-25
- 1