Что такое антиматерия?
Давайте попробуем найти ответ на этот вопрос, вспомнив некоторые свои школьные знания. Любой учитель труда сказал бы, что материя – это такая ткань, из которой шьют вещи😉. Однако учитель физики с ним бы не согласился. И заявил бы, что материя – все, что имеет массу и занимает пространство. И на уровне элементарных частиц она состоит из атомов. А каждый атом состоит из таких частиц как протон, электрон и нейтрон.
Впервые предсказал существование антиматерии в 1928 году Поль Дирак, известный математик. Он вывел два решения волновых уравнений Шредингера, из которых следовало, что у электрона должен существовать двойник, имеющий противоположный заряд.
В 1932 году Карл Андерсон, известный сказочник😁 физик, исследуя космические лучи, обнаружил странную частицу, пролетевшую сквозь камеру Вильсона (детектор частиц). Она имела ту же массу, что и электрон. Но противоположный заряд. Ученый назвал ее положительным электроном.
Таким образом математическое предсказание Поля Дирака было экспериментально подтверждено Карлом Андерсоном. Это просто отличный пример взаимосвязи математики и экспериментальной практики.
Итак, о чем это мы? Ах, да. Антиматерия. Так вот, антиматерия состоит из античастиц. То есть из антипротонов, позитронов и антинейтронов. Все эти античастицы антиматерии имеют ту же массу, что и их аналоги в нормальной материи. Но с противоположным зарядом. Но что же происходит, когда встречаются материя и антиматерия?
Взрыв! Аннигиляция! Ослепительная вспышка света! Большая часть энергии высвобождается в виде ионизирующего излучения. Вся выделяющаяся энергия легко вычисляется по знаменитому уравнению Эйнштейна E = MC². Ученые рассчитали, что столкновение половины грамма вещества и половины грамма антивещества высвободит такое количество энергии, которое будет эквивалентно примерно 40% энергии, произведенной бомбой, сброшенной на Хиросиму! Только представьте эту мощь!
Очевидно, что мы не сможем прикоснуться к антиматерии пальцами, сделанными из материи. Мы также не можем хранить ее на каких нибудь складах. Поскольку все вокруг состоит из материи. Поэтому возникает вопрос: как ее производить? И где может храниться антиматерия?
Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН)
В 1995 году ученым удалось получить первый атом антивещества (антиводород). Он родился в результате столкновения антипротонов и атомов ксенона в лаборатории ЦЕРН – Европейской организации по ядерным исследованиям. Однако просуществовал этот атом всего сорок миллиардных долей секунды. А затем аннигилировал при столкновении с атомом обычной материи. Для проведения эксперимента выбрали антиводород потому, что его аналог, водород, относительно прост и хорошо изучен. И еще поэтому, при сравнительном исследовании, физикам было легче расшифровать особые свойства полученного атома антиматерии.
Позже, в ходе проведения эксперимента ALPHA, ученые разработали метод хранения античастиц. Они как бы подвешивали их в вакууме с помощью сильных магнитных полей. В результате реализации такого подхода антиматерия не контактируют с обычной материей. И таким образом удалось продлить время жизни антиатомов на целую десятую секунды.
Но технологии не стоят на месте. И в конце концов ученым удалось удержать атом антиводорода в течение примерно 16 минут. И это дало достаточно времени, чтобы исследовать его свойства. Очень интересным аспектом подобных исследований является изучение того, как ведет себя антиматерия под действием силы тяжести.
Так что там про стоимость антивещества? Мы ведь за этим сюда пришли, не так ли? Скажите, сколько стоит 1 грамм антиматерии?
Сумасшедшая цена
По самым грубым оценкам цена антиматерии – 62,5 триллиона долларов за 1 грамм. Очевидно, что сейчас это самый дорогой товар в мире! Но почему же так дорого! Ведь обычному человеку, чтобы собрать такие деньги, потребуется всю жизнь не есть и не пить! И то может не хватить времени! Почему обычные граждане не могут позволить себе какой-то несчастный грамм антиматерии? Что тут скажешь. Власти молчат. А мы терпим этот беспредел…😁
Почему антиматерия такая дорогая? Потому что для ее производства требуется много энергии. И это можно сделать только с помощью очень сложных механизмов. Таких например как водородные коллайдеры. Эти устройства в процессе эксплуатации требуют больших затрат времени и денег. Произвести 1 грамм антиматерии – очень муторное дело. Очень трудоемкое. И никому, на самом деле, особо не нужное.
Использование антиматерии
Позитроны используются в позитронно-эмиссионной томографии для создания изображений человеческого тела с высоким разрешением. Они образуются из распадающихся изотопов в циклотронах. Их вводят в различные части тела, и при контакте с веществом возникают гамма-лучи. В результате создается световой узор, который дает представление о той части тела, если есть опухоль или другие аберрации.
Антиматерия в теории может стать топливом для космических кораблей, предназначенных для межпланетных или космических путешествий. Ведь, как упоминалось ранее, энергия, возникающая при столкновении античастицы и частицы, имеет просто колоссальные значения!