Антиматерия это что: Антиматерия | это… Что такое Антиматерия?

На грани аннигиляции: что делать с антиматерией

Мы настолько привыкли к мысли, что антиматерия является либо элементом  фантастических романов (сверхэффективное ракетное топливо или разрушительное оружие), либо гипотетической субстанцией в извращенных мозгах физиков, что поверить в ее реальность в нашей повседневной жизни довольно трудно. В крайнем случае, мы допускаем, что физики действительно получают ее в секретных лабораториях, но сама по себе она не встречается. Попробуем развенчать это убеждение.

Закончили чтение тут

Античастицы не такая уж редкость и возникают в окружающем мире без нашего участия. Они так же стабильны, как частицы материи, а живут в нашем мире ничтожно мало лишь потому, что, стоит им столкнуться с атомами, как они аннигилируют с образующими его частицами: небольшая вспышка света, незаметная для глаза, и больше никаких следов.

Самая распространенная античастица — антинейтрино, но проблема аннигиляции ее как раз не касается: слишком малό ее взаимодействие с любыми частицами. Сотни нейтрино и антинейтрино содержатся в каждом кубическом сантиметре нашей Вселенной. Посчитайте, сколько их внутри вас, и порадуйтесь, что, по счастью, они почти никак не взаимодействуют с материей и не наносят нам вреда.

Античастицы электронов, позитроны, появляются в космических лучах, возникают в грозовых разрядах, а также в распадах вполне распространенных на Земле элементов. К примеру, изотоп калия-40, правда довольно редко, всего в 0,001% случаев его распадов, испускает позитрон. Благодаря небольшому содержанию этого изотопа в природной смеси в нашем организме рождается около одного позитрона в минуту. Вреда здоровью это не наносит; гораздо больший риск мутаций в организме представляют космические лучи, в состав которых входят антимюоны, сотни которых пролетают через нас за секунду. В космических лучах наблюдаются также антипротоны, которые, пусть редко, рождаются в нашей Галактике при ядерных взаимодействиях в межзвездной среде. Более того, какая-то их часть стабильно удерживается в магнитном поясе Земли (на высокой орбите, где нет протонов, с которыми можно было бы проаннигилировать).

Правда, все вышеописанное — это лишь примеры античастиц, а не антиатомов или антивещества. А могут ли существовать антимиры где-то далеко в нашей Вселенной? Может быть, на далекой антипланете антилюди озабочены проблемой анти-антиматерии (нашей обычной материи) и сейчас тоже размышляют о нашем гипотетическом существовании?

Как была открыта антиматерия

Впервые понятие «антиматерия» было придумано английским физиком Артуром Шустером в 1898 году, сразу после открытия Джозефом Томсоном электрона. Томсон обнаружил, что катодные лучи образованы входящими в состав вещества тождественными друг другу отрицательно заряженными частицами. Шустер задался вопросом, а не существует ли симметричный аналог электрона (названный им антиэлектроном), заряженный положительно. Из его гипотезы сразу следовала идея существования антиматерии, внутри которой придуманные антиэлектроны и должны жить. Гипотеза Шустера основывалась на соображении, что Природа должна была позаботиться о симметрии между отрицательным и положительным. Убедительный аргумент? В общем-то, не очень… Вот и современники Шустера (а в его время концентрация выдающихся физиков была запредельно высокой) этой идеей, увы, не заинтересовались, и она была надолго забыта…

Лишь спустя 30 лет замечательный английский физик Поль Дирак переоткрыл антиматерию. В отличие от Шустера он не предположил существование антиэлектрона, а нашел его, но не в окружающем мире, а. .. в своем уравнении! Уравнение Дирака успешно описало релятивистский электрон, но в решениях этого уравнения «вылезла» также положительно заряженная частица, в точности симметричная электрону. Дирак назвал ее позитроном.

Поначалу к идее Дирака, несмотря на явный успех его теории в разрешении многих парадоксов, коллеги отнеслись скептически. Но вскоре позитрон был открыт Карлом Андерсоном в космических лучах: он рождался из энергичных космических фотонов в паре с электроном, а перед последующей аннигиляцией успевал пролететь некоторое расстояние и оставить следы.

Античастицы есть у всех частиц, за исключением истинно нейтральных, таких как фотон (для фотона он же сам и является античастицей), и сегодня все они открыты.

Материя и антиматерия немного разные

Еще до открытия Андерсона, пытаясь найти ответ на вопрос, почему позитроны не наблюдаются в окружающем нас мире, Дирак осознал, что позитроны жить вместе с нами не могут: возникнув где-то рядом, они немедленно аннигилируют с окружающими электронами. Он здраво рассудил, что, раз уж наша Солнечная система построена из электронов и вообще из частиц, то здесь не место античастицам, их надо искать в других галактиках, не соприкасающихся с нашей.

Антигалактики искали и продолжают искать, но пока не находят. Более того, сегодня мало кто верит, что они действительно могут существовать. В чем же причина такой асимметрии Вселенной, в которой материя есть, а антиматерии почти нет?

В 1960-х годах сделали совершенно неожиданное открытие: антиматерия немного отличается от материи. Казалось бы, как же так? Ведь мы только что вывели антиматерию из симметрии между положительным и отрицательным, а никакой симметрии оказывается нет? Ну не совсем… симметрия нарушается только в слабых взаимодействиях, а есть еще электромагнитные и ядерные взаимодействия, которые эту симметрию чтут. Давайте не будем упрекать слабые взаимодействия за эту непочтительность к симметриям, ведь только благодаря ей мы, в отличие от менее удачливых антилюдей, и существуем! К этому выводу в 1967 году пришел Андрей Дмитриевич Сахаров.

Действительно, если бы материя и антиматерия были абсолютно идентичны, то вскоре после Большого Взрыва, в результате которого образовалось одинаковое количество частиц и античастиц, они бы полностью проаннигилировали. В живых остались бы только фотоны, из которых строить мир (и нас с вами) было бы довольно проблематично. На самом деле, благодаря разности свойств материи и антиматерии небольшая доля частиц материи выжила (одна на миллиард проаннигилировавших!), и этого уцелевшего в грандиозной битве остатка хватило, чтобы сделать нас с вами.

Изучение антиматерии

Изучая антиматерию, мы в действительности пристально смотрим на ее различия с материей. Эта маленькая разница позволяет многое узнать о законах Природы. До сих пор не решен вопрос о механизме нарушения симметрии между материей и антиматерией. Вернее, мы знаем, зачем Природа допустила это нарушение (ради нас), а также за счет чего эта разница свойств возникает, но уже 40 лет гадаем, почему все это организовано в Природе подобным образом.

Последние 15 лет разницу распадов тяжелых кварков и антикварков изучали специальные эксперименты в Японии и США. Разогнанные до огромных скоростей электроны и позитроны, сталкиваясь, рождали так называемые B-мезоны, содержащие кварк третьего поколения (1 млрд пар B-мезонов за 10 лет работы). В этих экспериментах обнаружили большую разницу в распадах B-мезона и анти-B-мезона и измерили ее с хорошей точностью. В последние годы к этим усилиям подключился специальный эксперимент на Большом адронном коллайдере, а еще через два года в Японии заработает супер В-фабрика. Точность измерений возрастет, и, возможно, будет найдено что-то новое в несоответствии свойств материи и антиматерии.

Сегодня вряд ли кто-нибудь возьмется прогнозировать, что будет найдено и как это позволит развить наши знания. И уж тем более, никто не сможет предсказать, как новые знания можно использовать в нашей жизни. Можно лишь воспользоваться предыдущим опытом человечества: все научные открытия, какими бы никчемными с практической точки зрения они не казались поначалу, рано или поздно приносили пользу. Достаточно вспомнить ту же квантовую механику, без которой не было бы транзисторов, микрочипов и, соответственно, 99% современных технологий…

Использование антиматерии

Сегодня мы применяем, по крайней мере, самую легко получаемую античастицу — позитрон, для некоторых вполне практичных задач. Одно из своих применений позитроны нашли в медицине для диагностики онкологических заболеваний. Помимо упомянутого выше калия-40, существуют множество радиоактивных изотопов, испускающих позитроны, которые, вылетев из ядра, мгновенно аннигилируют с электронами из соседних атомов, превращаясь в два фотона. Пациент принимает небольшое количество аналога глюкозы с радиоактивной примесью (доза очень маленькая и не наносит вреда здоровью), глюкозоподобное вещество накапливается в активно растущих клетках, каковыми и являются раковые клетки. Именно в опухоли и будет происходить частая электрон-позитронная аннигиляция, а найти точное место в организме, откуда часто вылетают фотоны, остается технической задачей (причем, делается это бесконтактно — вокруг пациента проезжает сканирующий прибор, улавливающий фотоны). Этот метод, позволяющий диагностировать и точно определять местоположение опухоли, называется позитронно-эмиссионной томографией (ПЭТ).

Позитроны используются также в материаловедении. С помощью специального позитронного микроскопа, стреляющего позитронами по изучаемому объекту, можно исследовать поверхности полупроводников для их применения в электронике. Можно также изучать разнообразные образцы, определять «усталость» материалов и находить в них микродефекты. Так что эта, казалось бы, совершенно абстрактная область знания служит вполне конкретным интересам людей.

Действительно ли в антиматерии скрыта колоссальная энергия?

Здесь писатели-фантасты не преувеличивают. Давайте оценим эту энергию. Вспомнив, что масса и энергия эквивалентны, сравним разные виды энергии. Начнем с энергии химических связей: сжигая, к примеру, 1 грамм угля, мы получим энергию, составляющую примерно одну миллионную от его массы. Немного! В ядерной энергии скрыт гораздо больший потенциал: из 1 грамма урана, запустив цепную реакцию, можно извлечь энергию, достигающую величины 0,001 (т. е. одной тысячной) в граммовом эквиваленте — правда, это в идеале, в реальности все гораздо скромнее. А вот 1 грамм антиводорода при анигилляции даст 2 грамма энергии! Согласитесь, что это впечатляет  —  в 1 грамме антиматерии заключено энергии больше чем в 1000 тонн угля. Правда, следует помнить, что на Земле нет залежей антиматерии в отличие от других носителей энергии, а чтобы получить 1 грамм антиводорода потребуется сжечь гораздо больше, чем 1000 тонн угля…

И все же, ракета на антиводородном топливе (одного грамма достаточно, чтобы отправить многотонную ракету на Марс) будоражит воображение. Все это по-прежнему выглядит фантастикой? Судите сами. Антиводород уже реально получают. Пока, правда, в гигантской лаборатории и всего тысячи антиатомов. Причем удержать их в ловушке удается только несколько минут. Но 10 лет назад антиатомы получали лишь десятками и удерживали микросекунды. А еще через 10 лет планируются получить уже количество антивещества, измеряемое микрограммами.

Куда делась половина Вселенной? | 04.12.2022, ИноСМИ

https://inosmi.ru/20221204/antimateriya-258456056.html

Ответ на эту космическую загадку даст нам ключ к пониманию Вселенной

Ответ на эту космическую загадку даст нам ключ к пониманию Вселенной

Ответ на эту космическую загадку даст нам ключ к пониманию Вселенной

Согласно существующим теориям, материи и антиматерии во Вселенной должно быть поровну, пишет автор статьи в Big Think. Но антиматерию мы обнаружить никак не… | 04.12.2022, ИноСМИ

2022-12-04T00:17

2022-12-04T00:17

2022-12-04T00:17

big think

общество

наука

космос

антиматерия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn1.inosmi.ru/img/07e6/09/0c/256054337_0:0:2560:1441_1920x0_80_0_0_ac0cb696cf956c806e0f657c1c0f1f17.jpg

Ответ на этот вопрос станет ключом к пониманию существования мира.Дон Линкольн (DonLincoln)Учёные знают поразительное количество странных вещей. Нам, например, известно, что Вселенная появилась около 14 миллиардов лет назад в результате катаклизма, так называемого Большого взрыва. Это событие было впервые экспериментально доказано в 1929 году, и с годами появлялось всё больше подтверждений в пользу гипотезы. В том, что так всё и было, нет никаких событий.Мы также знаем, что помимо обычной материи, из которой мы состоим, существует ещё и необычная, так называемая антиматерия. Когда оба типа материи соприкасаются, они уничтожают друг друга, и высвобождается ошеломляюще огромное количество энергии. При контакте одного грамма антиматерии с одним граммом материи высвобождается такое же количество энергии, как при взрыве атомной бомбы в Хиросиме в 1945 году.Если объединение материи и антиматерии приводит к образованию энергии, то и обратный процесс тоже возможен. Энергия может образовывать материю и антиматерию, причём в равных количествах. Антиматерия была открыта в 1931 году, и с тех пор появлялось всё больше доказательств этой теории. Существование антиматерии общепризнано, она даже сыграла значимую (и в некоторой степени реалистичную) роль в романе-блокбастере Дэна Брауна «Ангелы и демоны».Что не так с антиматерией?Существует множество доказательств теории Большого взрыва и существования антиматерии, но в этом-то и загвоздка. Если объединить эти два факта, возникает сложный вопрос: и то, и другое не может быть одновременно правдой, или, как минимум, в этой теории есть недостающий элемент. И вот тут возникает проблема. Когда появилась Вселенная, в космосе было полно энергии. Энергия может превращаться в материю и антиматерию. По мере того как Вселенная расширялась и охлаждалась, вся эта энергия по идее должна была превратиться в равное количество материи и антиматерии. Но если посмотреть вокруг, можно сделать любопытный вывод: Вселенная, которую мы видим, состоит только из материи.Может, антиматерия водится где-нибудь далеко-далеко в галактике?По общему мнению, антиматерия может быть где-нибудь «там» во Вселенной. В конце концов, если материя и антиматерия не соприкасаются, то и проблемы нет. В принципе, антиматерией могла бы быть Луна. Но мы знаем, что это не так. Если Нил Армстронг и весь его лунный модуль представляли материю, а Луна была бы антиматерией, то при соприкосновении космического аппарата с поверхностью спутника произошёл бы очень крупный взрыв. Этого не произошло, поэтому теперь мы знаем, что Луна состоит из материи.Исследование других небесных тел позволяет нам сделать такой же вывод о наших космических соседях: Солнечная система состоит из материи. А как насчёт других звёзд? Мы можем быть уверены в том, что другие звёзды в галактике Млечного Пути тоже состоят из материи.Такие звёзды, как Солнце, постоянно испускают частицы, которые именуют в нашей системе «солнечным ветром». На самом деле это поток атомов, испускаемых Солнцем в межзвёздное пространство.Если бы существовали звёзды, состоящие из антиматерии, то они бы и выпускали атомы антиматерии, и тогда атомы материи и антиматерии летали бы в межзвёздном пространстве. Иногда они бы сталкивались и уничтожали друг друга. Если бы такое происходило, то в результате этого процесса могла бы появиться особая форма гамма-излучения (что-то вроде очень мощного рентгеновского).Но поскольку такого гамма-излучения не обнаружено, мы можем быть уверены в том, что другие звёзды тоже состоят из материи. И по такому же принципу можно исключить существование галактик из антиматерии. В межгалактическом пространстве газовые облака, окружающие галактики, соприкасались бы, и мы бы тогда узнали о взаимодействии облаков из материи и антиматерии. Так где же вся антиматерия?Если же всё-таки нельзя исключить возможность существования галактик из материи и антиматерии, то с чем мы тогда имеем дело? Остаётся очень странная гипотеза о том, что каким-то образом во время возникновения Вселенной материи было больше, чем антиматерии. И, похоже, что так оно и было.По имеющимся данным, на ранней стадии образования Вселенной, менее чем через секунду после её возникновения, на каждые два миллиарда частиц антиматерии приходилось два миллиарда и одна частица материи. Два миллиарда частиц материи и антиматерии уничтожили друг друга, оставив одну частицу материи, которая потом объединилась с остальными себе подобными. Таким образом сформировалась материя, с которой мы имеем дело сейчас.Энергию, образовавшуюся в результате уничтожения материи и антиматерии, можно встретить где угодно. Радиоволны заполняют всю Вселенную. Это явление известно как космическое микроволновое фоновое излучение. Именно путем измерения реликтового излучения и подсчета протонов во Вселенной мы определили соотношение материи и антиматерии. Загадка асимметрииКак так вышло, что соотношение материи и антиматерии на раннем этапе образования Вселенной было слегка непропорциональным? Мы не знаем ответа на вопрос, но у учёных есть некоторые мысли на этот счёт.Например, в 60-х годах учёные обнаружили, что субатомные частицы материи во Вселенной слегка преобладают над своими эквивалентами антиматерии. Эти частицы называются кварками. Но непропорциональное соотношение кварков и антикварков не в достаточной мере объясняет существование Вселенной, поэтому исследователи предложили другую гипотезу.Нейтрино — это такие частицы с очень маленькой массой, которые образуются при некоторых формах радиоактивного распада. Крупнейшим и ближайшим источником нейтрино является Солнце. Исследователи создают ускорители и детекторы частиц, чтобы изучить поведение нейтрино и антинейтрино и узнать, есть ли у них различия. Если нейтрино и антинейтрино ведут себя по-разному, то это стало бы ключом к разгадке. Тогда можно было бы заключить, что наша Вселенная сформировалась в результате лептогенеза, то есть из частиц малой массы. Для изучения этой теории сейчас строят разные объекты, но крупнейший находится в США и называется DUNE (Глубокий подземный нейтринный эксперимент). В рамках эксперимента исследователи лаборатории Фермилаб, недалеко от Чикаго, будут выстреливать нейтрино и антинейтрино по направлению специального детектора, который находится в Южной Дакоте, на расстоянии в 1300 километров. Эксперимент в DUNEпланируется провести в этом десятилетии. (Открою вам секрет: я — исследователь Фермилаб, но не связан с DUNE).Никто не знает, почему Вселенная благосклонна к материи, но не к антиматерии. Важно в этом разобраться. Без этого крошечного дисбаланса (или асимметрии) нас бы попросту не существовало. Так что мы должны ответить на этот вопрос, чтобы понять, почему галактики, звёзды и люди продолжают существовать.

/20221106/kosmos-257489166.html

/20221022/chernaya-dyra-257027036.html

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

2022

ИноСМИ

info@inosmi. ru

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

Новости

ru-RU

https://inosmi.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn1.inosmi.ru/img/07e6/09/0c/256054337_296:0:2273:1483_1920x0_80_0_0_04477c65f4507cb851e5e111b51a83d0.jpg

1920

1920

true

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

big think, общество, наука, космос, антиматерия

Что такое антивещество? | Вандополис

НАУКА — Физические науки

Задумывались ли вы когда-нибудь…

• Что такое антивещество?
• Что происходит при столкновении материи и антиматерии?
• Как производится антивещество?

Теги:

Просмотреть все теги

• Наука,
• Анти,
• Префикс,
• Против,
• Напротив,
• Антивещество,
• Материя,
• Вселенная,
• Атом,
• Субатомный,
• Частица,
• Протон,
• Нейтрон,
• Электрон,
• Плата,
• Спина,
• Анти-Электрон,
• Позитрон,
• положительный,
• Отрицательный,
• Антипротон,
• Ускоритель,
• Большой адронный коллайдер,
• Европа,
• Деселератор,
• Космический Луч,
• Банан,
• Человек,
• Калий-40,
• Изотоп,
• Калий,
• Энергия,
• Взрыв,
• Ядерный,
• Бомба

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Коннором. Коннор удивляется , « что такое антивещество » Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Коннор!

Как вы относитесь к домашнему заданию? Если вы похожи на большинство детей, возможно, вы не большой поклонник домашних заданий. На самом деле, вы можете активно не любить домашнюю работу и желать, чтобы ее не существовало.

Если это так, вы можете сказать, что вы против домашней работы. Это потому, что приставка «анти-» означает «против» или «противоположность».

Вероятно, вы встречали приставку «анти-» в других контекстах. Например, протестующих, которые не любят войну, часто называют протестующими против войны. Антифриз — это жидкость, которую вы заливаете в двигатель автомобиля, чтобы предотвратить замерзание жидкостей. Антибактериальное мыло борется с вредными бактериями.

Если вы поклонник науки, возможно, вы сталкивались с другим «анти-» словом: антиматерия. Это может вас озадачить, если вы знакомы со значением префикса «анти-». Может ли во Вселенной действительно существовать что-то противоположное материи, из которой состоят мы и все, что нас окружает?

Это и есть антиматерия! Это противоположность обычной материи. Регулярная материя состоит из обычных атомов. Обычные атомы состоят из обычных субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны.

Антивещество, с другой стороны, состоит из субатомных частиц, которые имеют заряд и спин, противоположный обычным субатомным частицам. Например, антиэлектроны, также известные как позитроны, ведут себя так же, как электроны, за исключением того, что они имеют положительный заряд. Точно так же антипротоны имеют отрицательный заряд, но действуют как протоны.

Мы каждый день сталкиваемся с обычной материей, но где же антиматерия? Ученые считают, что он был создан вместе с обычной материей сразу после возникновения Вселенной. Однако в современной Вселенной это редкость, и ученые не знают почему.

Антиматерия может быть создана учеными уже сегодня. Используя ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер в Европе, ученые могут вызывать столкновения между атомами на чрезвычайно высоких скоростях, что приводит к созданию частиц антиматерии. Замедлители частиц также могут использоваться для захвата и замедления частиц антиматерии для углубленного изучения учеными.

Крошечные частицы антивещества большую часть времени окружают нас. Например, космические лучи из космоса регулярно и на постоянной основе приносят частицы антиматерии в атмосферу Земли.

Есть также несколько других источников случайных позитронов: бананы и вы! И бананы, и люди содержат незначительное количество калия-40, природного изотопа калия. При распаде он время от времени испускает позитрон.

Если вы едите банан, есть вероятность, что вы иногда увидите позитрон? Неа! Во-первых, субатомные частицы антивещества слишком малы, чтобы их можно было увидеть нашим глазом.

Другая основная причина заключается в том, что частицы антивещества имеют чрезвычайно короткий срок жизни. Как только частица антивещества сталкивается с частицей обычного вещества, эти две частицы аннигилируют друг друга и высвобождают энергию.

Научно-фантастические произведения использовали это свойство антивещества, чтобы предположить, что будущие космические корабли могут питаться от антивещества, поскольку его сочетание с обычным веществом может производить огромное количество энергии. Например, грамм антиматерии может вызвать взрыв, подобный ядерной бомбе.

Космические корабли на антивеществе — это всего лишь фантазия? Возможно, нет! Ученые изучают возможные способы использования энергии, создаваемой антивеществом. Сегодняшняя проблема заключается в том, что производство антивещества чрезвычайно дорого, и на сегодняшний день ученым удалось создать лишь небольшое количество антивещества.

Ученые подсчитали, что создание и хранение грамма антивещества обойдется более чем в миллион миллиардов долларов и потребует около 25 миллионов миллиардов киловатт-часов энергии. До сих пор всей антиматерии, созданной во всех ускорителях частиц на Земле, не хватило бы, чтобы вскипятить чашку воды.

Интересно, что дальше?

Завтрашнее чудо дня полностью зависит от того, как вы на него посмотрите!

Попробуйте

Это чудо дня заставило вас задуматься об антиматерии? Не забудьте вместе с другом или членом семьи изучить следующие виды деятельности:

• Вам трудно обдумать идею антиматерии? Не волнуйся! Это вполне естественно, так как это противоречит всему, что мы знаем. Посмотрите презентацию антиматерии Британской энциклопедии, чтобы узнать больше об антиматерии с помощью некоторых наглядных пособий.
• К этому моменту вы, возможно, спросите: «Почему антивещество вообще имеет значение?» Перейдите на PBS NEWSHOUR, чтобы найти ответы на этот вопрос!
• Если бы вы были электроном, как бы вы относились к позитронам? Вас беспокоило бы знание того, что есть частица, которая является вашей полной противоположностью? А как насчет вас как человека? Как бы выглядел и вел себя человек, полная противоположность вам? Напишите краткое описание своей противоположности. Поделитесь ею с другом или членом семьи. Что они думают? Нарисовали ли вы точную словесную картину анти-вас?

Wonder Sources

• http://home.cern/topics/antimatter
• http://www.livescience.com/32387-what-is-antimatter.html
• http://www.symmetrymagazine. org/article/april-2015/ten-things-you-might-not-know-about-antimatter
• http://www.dictionary.com/browse/anti

Вы поняли?

Проверьте свои знания

Wonder Words

• префикс
• не нравится
• против
• жидкость
• атом
• заряд
• домашнее задание
• напротив
• вредный
• бактерии
• частица
• столкновение
• субатомный
• ускоритель
• замедлитель
• атмосфера
• калий
• уничтожить

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо

Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте
Wonder of the Day® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!

Поделитесь с миром

Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.

Поделиться Wonderopolis

Wonderopolis Widget

Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.

Добавить виджет

Ты понял!

Продолжить

Не совсем!

Попробуйте еще раз

Достижение звезд | Управление научной миссии

Главная Новости космической науки

12 апреля 1999 г. : Антиматерия.

Это одно из самых привлекательных слов в научно-фантастической литературе и почти такая же хорошая тема для вечеринок, как и черные дыры. Это также может быть топливо, которое питает космические корабли к планетам и, возможно, к звездам, даже если оно используется просто как сложная коробка спичек.

Правильно : Марс через 6 недель? И обратно в общей сложности через четыре месяца? Это прогноз группы разработчиков, работающей над концепцией ракеты на антивеществе в Пенсильванском государственном университете. Но сначала вы должны получить вещи и сохранить их. (PSU)

Антиматерия и более «традиционный» ядерный синтез заняли последний день 10-го ежегодного семинара по перспективным исследованиям в области движения, который проводился со вторника по четверг в Университете Алабамы в Хантсвилле НАСА, Маршаллом, Лабораторией реактивного движения и Американским институтом. аэронавтики и космонавтики.

«Антиметерия обладает огромной плотностью энергии», — сказал доктор Джордж Шмидт, руководитель отдела исследований и технологий в NASA/Marshall. Аннигиляция материи и антиматерии — полное преобразование материи в энергию — высвобождает наибольшее количество энергии на единицу массы среди всех известных в физике реакций.

Распространено мнение, что частица антиматерии, вступая в контакт со своим аналогом из материи, выделяет энергию. Это верно для электронов и позитронов (антиэлектронов). Они будут производить гамма-лучи с напряжением 511 000 электрон-вольт.

Но более тяжелые частицы, такие как протоны и антипротоны, несколько более беспорядочны, испуская гамма-лучи и оставляя брызги вторичных частиц, которые в конечном итоге распадаются на нейтрино и низкоэнергетические гамма-лучи.

И это отчасти то, чего Шмидт и другие хотят от двигателя на антивеществе. Гамма-лучи от идеальной реакции улетучиваются немедленно, если корабль не имеет толстой защиты, и бесполезны. Но заряженные обломки от протонной/антипротонной аннигиляции могут толкнуть корабль.

«Мы хотим максимально приблизиться к исходному событию уничтожения», — объяснил Шмидт. Что важно, так это перехват некоторых пионов и других заряженных частиц, которые производятся, и использование энергии для создания тяги.»

Это не звездолет твоего отца
Он не собирается использовать его так, как это сделал звездолет «Энтерпрайз», создав варп-поле для перемещения корабля в космосе со скоростью, превышающей скорость света.На самом базовом уровне ракета на антивеществе все еще остается ньютоновской ракетой, перемещающей космический зонд посредством действия и противодействия.

И какая реакция. Там, где главный двигатель космического корабля имеет удельный импульс, показатель эффективности, 455 секунд, а ядерное деление может достигать 10 000 секунд, синтез может обеспечить от 60 000 до 100 000 секунд, а аннигиляция материи/антиматерии от 100 000 до 1 000 000 секунд.

Но сначала: где вы его берете? А как хранить ядерный эквивалент универсального растворителя?

Антипротоны, как объяснил доктор Джеральд Смит из Пенсильванского государственного университета, можно получить в скромных количествах из высокоэнергетических ускорителей, врезающих частицы в твердые мишени. Затем антипротоны собираются и хранятся в магнитной бутылке.

Слева : Схематическое изображение сердца ловушки Пеннинга, где облако антипротонов (нечеткое голубоватое пятно) поддерживается холодным и неподвижным с помощью жидкого азота, гелия и стабильного магнитного поля. (PSU)

Хотя это делается достаточно легко в небольших количествах, заправка ракеты займет гораздо больше времени.

«Мы строим ловушку Пеннинга, — сказал Смит, — такую, которая будет легкой и прочной». Когда он будет завершен, он будет весить около 100 кг (220 фунтов), большая часть из которых будет состоять из жидкого азота и гелия, чтобы удерживать около триллиона антипротонов — намного меньше нанограмма — в зоне около 1 мм (1/25 дюйма) в поперечнике. .

«Откуда вы знаете, что у вас есть частицы в ловушке?» — спросил Смит. «Они не имеют запаха и цвета». Однако у них есть характерные радиочастотные сигнатуры, которые Смит и его коллеги смогли измерить. Они также продемонстрировали, что их конструкция ловушки может удерживать значительное количество на срок до 5 дней.

«Наша цель — получить микрограмм антипротонов, — сказал Смит. «Есть некоторые интересные технологии двигателей, которые работают на этом уровне. Мы думаем, что сможем это сделать».

Триллион антипротонов — это максимум, что можно хранить в таких условиях. Можно было бы удержать больше, если бы они были превращены в антиводород, антипротоны плюс позитроны.

Много денег
В настоящее время антивещество является самым дорогим веществом на Земле, около 62,5 триллиона долларов за грамм (1,75 квадриллиона долларов за унцию). Эффективность производства в лучшем случае составляет 50 процентов, потому что половина производимого — это обычные протоны, а используемое сейчас оборудование не предназначено для заправки ракет. По оценкам Гарольда Герриша из NASA/Marshall и других, усовершенствование оборудования для замедления и улавливания антипротонов может снизить цену примерно до 5000 долларов за микрограмм. Новый инжектор в лаборатории Ферми под Чикаго позволит этому предприятию увеличить производство в десять раз, с 1,5 до 15 нанограммов в год.

«Сейчас производится много антипротонов, но большая их часть тратится впустую», — сказал Герриш.

Доктор Стивен Хоу из Synergistic Technologies в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, объяснил, что ЦЕРН работает над производством антиводорода в рамках программы фундаментальной физики Athena, чтобы определить, действительно ли антиматерия неотличима от материи. Используя ту же ловушку Иоффе-Причарда, которую разрабатывают в ЦЕРН, он ожидает, что большие количества антиводородных атомов можно безопасно хранить в течение длительного времени. При низких температурах длина волны атома в несколько раз больше длины волны материала, из которого состоят стенки контейнера, поэтому атомы отражаются с небольшим усилием.

«Наша цель — перенести антивещество из далекой области научной фантастики в сферу коммерческого использования для транспортных и медицинских целей».

Beyond the Enterprise — Fusion Power
Шаг назад от антивещества — это синтез, источник энергии будущего в течение последних пяти десятилетий. Управляемый синтез — соединение двух легких ядер для получения более тяжелого ядра и большого количества энергии — был сложной задачей. В своем стремлении превысить Q=1, точку безубыточности, ученые перешли от низкого выхода энергии Q=0,0000000000001 в конце 1950-х годов до Q = 0,3 сегодня, и разработали большой объем инженерных и научных знаний, показывающих, что их можно сделать практичными.

Другие новости о двигателях на этой неделе

6 апреля : Ионный двигатель — 50 лет в разработке — Концепция ионного двигателя, демонстрируемая в настоящее время в миссии Deep Space 1, восходит к самому началу НАСА и далее. 6 апреля : Конференция по дальним космическим двигателям стартует. Атомы, застрявшие в снегу, чайная ложка из сердца солнца и вещество, приводящее в движение космический корабль, будут в повестке дня конференции по продвинутым космическим двигателям, которая откроется сегодня в Хантсвилл. 7 апреля : Дарвиновский замысел — выживание самого приспособленного космического корабля 7 апреля : Билеты в космос на автобусе? — Ученые обсуждают новые идеи для высокопроизводительного и недорогого космического транспорта 8 апреля : Отправка паруса к звездам — ​​Среди новых методов, обсуждаемых на Семинаре по перспективным исследованиям двигателей 1999 г. апреля, — открытие серых парусов. 12 : Достижение звезд. Ученые изучают использование антивещества и термоядерного синтеза для приведения в движение будущих космических кораблей. 16 апреля : Поездка по дорогам света — Наука имитирует научную фантастику, когда профессор Ренсселер строит и испытывает работающую модель летающего диска. Диск, или «Лайткрафт», является ранним прототипом космического корабля будущего, ориентированного на Землю.

«С точки зрения НАСА, задача состоит в том, чтобы адаптировать термоядерный синтез для космических двигателей», — сказал доктор Фрэнсис Тио, главный научный сотрудник Исследовательского центра двигателей в НАСА/Маршалл. «Слияние с намагниченными мишенями — один из основных подходов, которые мы изучаем». НАСА/Маршалл работает с Лос-Аламосской национальной лабораторией и Исследовательской лабораторией ВВС над адаптацией MTF для двигателей.

«MTF пытается работать в промежуточном режиме между обычным магнитным синтезом и инерционным удержанием с использованием лазера», — объяснил Тио. Проблема с обычным магнитным удержанием заключается в том, что он работает при очень низкой плотности. Для достижения достаточной мощности термоядерный реактор должен быть большим, что приводит к высокой стоимости.

С другой стороны, в термоядерном синтезе с инерционным удержанием используется крошечная плазма, в 1000 триллионов раз более плотная, чем в схеме магнитного удержания. Но для этого требуется драйвер — обычно несколько интенсивных короткоимпульсных лазеров — которые нагревают и сжимают цель за короткое время. Это также увеличивает стоимость.

«MTF пытается работать при не слишком низкой и не слишком высокой плотности, — объяснил Тио, — и достичь разумной скорости термоядерной активности с плотностью в 10 000–100 000 раз выше, чем у магнитного удержания, и в 10 000–100 000 раз ниже, чем у лазера. слияние.»

Он более экономичен и использует драйверы импульсной мощности — мощные батареи конденсаторов, которые управляют электромагнитным взрывом — которые доступны сегодня по низкой цене. У него нет скорости имплозии, генерируемой лазерным лучом, но магнитное поле удерживает целевую плазму и изолирует инерционную стену, которая взрывается, вызывая синтез.

Могу ли я получить компактную модель?
Даже если термоядерный синтез будет достигнут, современные методы слишком громоздки для использования в ракетах.

«Масса довольно запредельная», — сказал профессор Т. Каммаш из Мичиганского университета. «Мы хотим, чтобы физика работала без использования очень больших магнитов». Зеркальные магниты для термоядерной ракеты будут весить около 401 тонны (метрической тонны), что примерно в 16 раз больше полезной нагрузки одного космического корабля «Шаттл». Радиаторы тепла добавят 240 тонн.

Студенты Каммаша экспериментируют с конструкцией капельного радиатора, который, используя жидкий литий в качестве охлаждающей жидкости, может уменьшить массу радиатора до 57 тонн. Недавно они запустили тестовую модель на борту маловесного самолета НАСА KC-135, чтобы проверить модель радиатора.

Вращающееся магнитное поле может индуцировать магнитное поле и электрические токи, «умный способ обмануть плазму», заставляя ее вести себя так, как если бы она работала в обычной системе магнитных зеркал.

В свою очередь, масса космического корабля снизится с 720 до 230 тонн, а двигатель длиной 44 метра (144 фута) будет иметь удельный импульс 130 000 секунд.

— Впечатляет, — сказал Каммаш.

Одна из самых интригующих возможностей, возникших на самом деле, восходит к 19 веку.50-х годов и концепция, разработанная Фило Фарнсвортом, который был пионером большинства фундаментальных технологий для телевидения в 1920-х и 30-х годах.

«Это действительно изящная концепция, к которой можно буквально приложить руки», — сказал д-р Джон Надлер из NPL Associates в Шампейне, штат Иллинойс. Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне, чтобы развить идею Фарнсворта в 1950 году: синтез в маленькой бутылочке.

Справа : Заглянуть в сердце звезды. То, что выглядит как модель атома 1950-х годов, представляет собой полый катод с крошечным облаком плазмы, содержащееся внутри термоядерной камеры IEC, достаточно маленькой, чтобы поместиться на лабораторном столе. (UIUC)

«Энергию, которую она будет генерировать, можно использовать для питания электрического двигателя или использовать плазму для тяги», — объяснил Надлер.

Звезда в бутылке
Этот метод называется инерционным электростатическим удержанием (IEC) и позволяет избежать использования массивных магнитов и лазерных систем, используемых в других термоядерных технологиях. Вместо этого устройство IEC использует полый катод и естественные заряды электронов и ионов для формирования виртуальных электродов, которые удерживают ионы в сферической области в центре вакуумной камеры IEC диаметром 61 см (2 фута).

«Финансирование SBIR позволило нам добиться некоторых исторических успехов», — сказал Надлер аудитории. Используя импульсный мегаваттный источник питания, IEC достиг самого высокого импульсного тока — 17 ампер при 40 000 вольт. IEC также перешел от производства одного нейтрона (высвобождаемого при синтезе дейтерия и дейтерия) за каждые 10 циклов до более чем 100 нейтронов за цикл.

«Я рад сообщить, что все выглядит хорошо для повышения реактивности», сказал он. «И мы еще даже ничего не подчеркнули».

Сварка IEC лучше всего работает с парой необычных циклов слияния. В одном используется дейтерий (тяжелый водород), который легко очищается из воды на Земле, и гелий-3 (гелий без одного нейтрона), довольно редкий здесь, но, возможно, в изобилии присутствующий в лунной почве, подвергавшейся воздействию солнечного ветра в течение 4 миллиардов лет. Другой стреляет протонами в бор 11.

Слева : Схема энергетического колодца в центре обычного магнитного поля и в камере IEC, где индуцируется термоядерный синтез. (UIUC)

Хотя настоящая антиматерия и настоящий термоядерный двигатель еще какое-то время останутся «ракетами будущего», в ближайшем будущем может сработать их гибрид.

«Это хороший короткий путь», — сказал Шмидт о синтезе, катализируемом антивеществом. В этом подходе небольшое количество антипротонов направляется в термоядерную мишень. В результате аннигиляция материи и антиматерии нагревает цель достаточно, чтобы вызвать термоядерный синтез.

Из-за энергии и затрат, связанных с производством антиматерии, этот метод не подходит для производства энергии на Земле. В целом, это чистый энергетический проигрыш. Как и все другие формы ракетного движения, это своего рода батарея, в которой энергия расходуется на обеспечение большого количества энергии в крошечном пространстве, доступной по запросу.

Но он мог дать ракету с удельным импульсом от 13 500 до 67 000 секунд (в 30-147 раз лучше, чем у ГД Шаттла), в зависимости от используемой схемы.

— Миссиям синтеза потребуется всего микрограмм, чтобы достичь облака Оорта, глубокого замерзания комет за пределами орбиты Плутона, — сказал Герриш. Загрузка антивещества будет стоить около 60 миллионов долларов. Чтобы добраться до звезд, потребуются метрические тонны.

MSFC Расширенные космические транспортные программы Office.

Оставшиеся инструменты проложат путь для новых испытаний двигателя (22 марта 1998 г.) Хорошо изученные и хорошо используемые научные инструменты помогут проверить новый инструмент, поскольку все они летают на JAWSAT.