Что такое антивещество? Антивещество и вещество
Антивещество - Справочник химика 21
| Рис. 13. Фрагмент системы атомов вещества и антивещества, т. е. системы атомов материи |  |
Вопрос о том, где существуют и существуют ли вообще атомы антивещества, — это отдельный вопрос. Он еще доставит физикам и астрофизикам немало хлопот. Но если все-таки антивещество существует во Вселенной, то свойства его атомов (химических элементов) ничем не отличаются от атомов вещества и все их превращения подчиняются тем же законам. [c.136]
Найдено антивещество — Газета "Известия за 28.01.82. [c.138]
Так что атомы водорода от атомов антиводорода, а следовательно, вещество от антивещества отделяет нейтрон. Как видим, не так уж и непреодолима стена отделяющая вещество от антивещества. Аналогом нейтрона в биологии является гермафродит — как "состояние выбора пути . Стать ли ему мужчиной или женщиной — определит внутренняя борьба противоположных начал. [c.158]
В силу этих закономерностей ряд химических элементов (как видов атомов) берет свое начало на половине антивещества, а ряд химических элементов антивещества — на половине вещества. Происходит частичное наложение систем химических элементов (видов атомов) вещества и антивещества (рис. 13, 18). Так, противоположности поступаются частью своей территории во имя достижения устойчивого целого. В этом просматривается мудрость природы. Итак, мы сняли еще три проблемы системы химических элементов нулевого периода, первого этапа и нижней границы вообще. [c.181]
Для дополнительной иллюстрации неисчерпаемости форм организации материи рассмотрим представления о так называемом антивеществе. Современные данные об элементарных частицах показывают, что возможен особый вид материи — антивещество. Антивещество должно состоять из антиатомов, которые образованы античастицами. Например, антиатом антиводорода должен представлять собой систему, ядром которой является антипротон (т. е. протон с отрицательным зарядом), вокруг которого вращается антиэлектрон с положительным зарядом — позитрон. Есть все основания считать, что антивещество существует во Вселенной, образуя целые антимиры. Антивещество в антимире должно быть столь же устойчивым, как и обычное вещество в наших условиях, и способным существовать в различных состояниях. [c.157]
Поскольку при аннигиляции выделяется огромная энергия, смесь вещества и антивещества представляет собой идеальное топливо максимально возможной калорийности. Оно примерно в 1000 раз калорийнее топлива, использующего ядерное деление и термоядерные процессы, и в миллиард раз больше, чем энергия самого лучшего современного ракетного топлива. [c.157]
Астронавты получили информацию о возможной встрече с другими космическими кораблями. Как узнать, из вещества шли антивещества состоит космический объект [c.290]
Антивещество а Земле существует не иначе, как в процессах быстрых превращений. Частицы антивещества возникают при соударениях (как описано в следующем разделе), и затем эти античастицы быстро прекращают свое существование (аннигилируют) в результате реакции "при соударениях с частицами обычного вещества. [c.585]
В разд. 20.1 было отмечено, что электрон в атоме может иметь две ориентации спина по отношению к направлению магнитного поля или же две ориентации вектора момента количества движения по орбитали. Зти два направления, обозначаемые 4-и —7г соответственно, образуют, как принято называть, дублет. Такой дублет связан со спиновым квантовым числом 7г. Отсюда следует, что протон и нейтрон могут составить электрический зарядовый дублет. Высказывалось предположение, что нуклону внутренне присущ электрический заряд, по величине равный -f /г (в единицах е) и вектор электрического заряда, по величине равный 7г, способный принимать две ориентации (но не в обычном трехмерном пространстве, а в некотором абстрактном пространстве), и, таким образом, он или вносит вклад Н- 72 в окончательный заряд, что дает протон, или вносит вклад — /2, что дает нейтрон. Согласно этому представлению, протон и нейтрон образуют два состояния электрического зарядового дублета некоторого нуклона с присущим ему зарядом -Ь /з и электрическим вектором 72- Аналогичным образом антипротон и антинейтрон образуют два состояния антивещества соответствующего типа — антинуклона с внутренне присущим ему зарядом— /2 и электрическим вектором 7г. [c.595]
Изменения черно-белой окраски, возможно, являются простейшим способом для иллюстрации антисимметрии. Однако общее определение, данное в начале раздела, призывает к более широкой интерпретации и применению этого понятия. Взаимосвязь между веществом и антивеществом-наиболее яркое проявление антисимметрии, а вообще-то в окружающем нас мире имеется бесконечное число подходящих примеров, особенно если понятие симметрии не рассматривать слишком строго. [c.212]
Важно и другое. Ядерная энергетика должна поспевать 8а ростом потребности в энергии. Расчеты показывают его условие выполнимо в будуш,ем только тогда, когда т приближается к трем. Если же развитие ядерных энергетических источников будет отставать от потребностей обш,ества в энергии, то останется два пути либо затормозить прогресс , либо брать энергию из каких-то других источников. Они известны термоядерный синтез, энергия аннигиляции вещества и антивещества, но пока еще технически недоступны. И не известно. Когда они будут реальными источниками энергии для человечества. А энергия тяжелых ядер уже давно стала для нас реальностью, и сегодня у плутония как главного поставщика энергии атома нет серьезных конкурентов, кроме, может быть, урана-233, о котором рассказано в статьях Торий и Уран . [c.399]
Предложен новый подход в рассмотрении радиоктивных рядов применительно к системе атомов вещества, графически показана природа структурной симметрии атомов вещества и атомов антивещества, а также построена модель единой системы атомов материи (вещества и антивещества). [c.2]
Попытки построения единой системы химических элементов вещества и антивещества были предприняты Е. И. Ахумо-вым. В 1962 г. в развитие его идей появляется статья [14], в которой приводится "расширенный вариант Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, включающий атомы, составленные из античастиц". Система состоит из двух зеркальных половин. Подход чисто формальный. По существу, вторая зеркальная половина общей системы химических элементов вещества и антивещества является симметричной только таблице химических элементов вещества, а не выражением физической симметрии строения атомов. Такое решение проблем не может быть научно убедительным, так как не раскрывает генетической сути перехода материи из вещества в антивещество и обратно. Но концептуально она верна. Генетическая же ее суть может быть понята только на уровне атомных переходов, на примере построения "сопряженных" систем атомов вещества и антивещества, что мы и видим на рис. 13. Квадранты I и II этой системы являются, по существу, единым "шахматным полем", где действуют единые (сквозные) правила игры. [c.135]
Попробуем ликвидировать нарушение симметрии путем перехода к новой симметрии, т. е. уравновесим систему видов атомов вещества (1-й квадрант) системой видов атомов антивещества (П —й квадрант). Получаем новую более широкую систему, базирующуюся на сквозной оси абсцисс. Не трудно видеть, что эта система имеет уже более высокую степень сим-Мч тричности, уравновешенности и согласованности частей, а значит, представляет собой устойчивое целое. И как отмечается в [18] ...восстановление симметрии, так или иначе, всегда бывает связано с изменением физической картины реальности, с ее обогащением . Так, пристроив слева к асимметричной системе атомов вещества зеркально симметричную систему атомов антивещества и восстановив симметрию на более широком уровне, мы получаем единую систему атомов материи. [c.178]
Амальди Д. Вещество и антивещество (Пер. с итальянского).— М. Атомиздат, 1969. [c.207]
При соприкосновении вещества и антивещества должно происходить их взаимное уничтожение (аннигиляция) с образованием поля. Поэтому-то в наших условиях антивещество не существует. Однако физикам удалось искусственно получить и изучить некоторые античастицы и антиядра. При помощи ускорителей высокой энергии ( 30 млрд. эв) удалось получить ядра антидейтерия, а на Серпуховском ускорителе в 70 млрд. эв наблюдать (1970) ядра антигелия-2> (состоящего из двух антипротонов и одного антинейтрона) и ядра антитрития (1973). [c.157]
Больщинство из перечисленных фундаментальных частиц можно описать либо как частицы, образующие вещество, либо как частицы,, образующие антивещество. Существование зтих двух видов материи, было предсказано на основании релятивистской квантовой механики английским физиком-теоретиком П. А. М. Дираком (род. в 1902 г.),, который первым развил теорию квантовой механики, совместимую с теорией относительности. Его предсказания полностью подтвердились экспериментальными данными. Каждой электрически заряженной частице соответствует античастица, идентичная по одним свойствам и противоположная по другим массы и спины у таких частиц одинаковы,, а электрические заряды противоположны. Так, электрон, являющийся, составной частью обычного вещества, и позитрон, представляющий собой антиэлектрон, имеют противоположные электрические заряды —е-и +е соответственно, их массы одинаковы каждая из этих частиц имеет спин, представленный спиновым квантовым числом V2, что допускает Два способа ориентации частицы в магнитном поле. Некоторые нейтральные частицы имеют античастицы, другие же тождественны своим античастицам. Всякий раз при столкновении частицы с соответствующей античастицей происходит их аннигиляция. Массы таких частиц полностью превращаются в световые волны высокой энергии или в некоторых случаях в более легкие частицы, движущиеся с огромными скоростями. Уравнение Эйнщтейна Е=тс позволяет рассчитать количество-энергии, высвобождающейся при аннигиляции частицы и ее античастицы, этот процесс сопровождается образованием лучистой энергии. Нейтральные частицы, тождественные своим античастицам, распадаются очень быстро. [c.585]
Возможно, что некоторые области Вселенной (предположительно-некоторые туманности) состоят из антивещества. Атом водорода в таких областях состоит из позитрона, движущегося вокруг а-нтипротона. Столкновение между антивеществом такой туманности и туманности, состоящей из обычного вещества, должно приводить к высвобождению огромного количества лучистой энергии и может фиксироваться астрономами. [c.585]
Самый эффективный источник Я. э.— аннигиляция частиц и античастиц. В этом случае изменение массы покоя близко к 100%, т. к. конечные продукты аннигиляции — самые легкие из заряженных частиц (электроны, позитроны и лишенные массы покоя нейтрино и фотоны). Перепек тивы практич. использ. этого источника Я. э. пока не ясны из-за отсутствия сведений о наличии антивещества во Вселенной и экономически выгодных способов его получения на Земле. См. также Ядерное горючее. [c.725]
В природе нет преимуществ ни у той, ]т у другой формы вещества раздельно взятые они могут существовать неограниченное время, воз-люжны материальные ктр и антимир. Однако при столкновении частнп вещества и антивещества должно произойти взрывообразное превращение нх 30 все более мелкие частицы с переходом в итоге в у-фото-ны огромной энергии. Это явление получило название аннигиляции вещества (лат. т Ь1 — ничто) . Аннигиляцию электронно-позитрон-ной пары можно представить равнением — 2у. Энергетичес- [c.27]
Tep иII аннигиляция (уничтожение, превращение в ничто) нельзя признать удачным при взаимодействии вещества и антивещества материя не исчезает, а лищь переходит из одного вида (л .атерия вещества, частиц) в д.гугой (материя поля). При =лол1 теряется масса покоя, прноСретается. масса излучения. Прп конверсии у-фото-иов картина обратная. [c.27]
Обычные атомы, которыми занимается классическая химий, состоят из ядер (построенных путем соединения протонов и нейтронов) и негатронов. Общее число негатронов нейтрального атома равно числу его ядерных протонов. В других частях звездного мира, возможно, существуют области, заполненные антивеществом, атомы которого имеют ядра, составленные из антипротонов и антинейтронов, окруженные оболочкой из позитронов. Открыты особые мезоатомы, в которых роль электронов играют мезоны. Найдены также гиператомы, в ядрах которых отдельные нуклоны заменены на гипероны. [c.7]
Антибиотики-макролиды 1—239, 236 Антибиотики-полиены 1—241 Антибиотики-полипептиды 1—242 Антибиотики-трополоны 1 — 243 Антивещество 5—1075 Антивитамины 1 — 245 Антивуалирующие вещества — см. Про-тивовуалирующие вещества Антигены 1—246 2—220, 221 Антигризутные взрывчатые вещества — см. Предохранительные взрывчатые вещества [c.553]
ПОЗИТРОН — элементарная частица, античастица по отношению к электрону (положительный электрон). Обозначается символом е +. Имеет массу и спин такие же, как у электрона, а заряд и магнитный момент, отличающиеся только но знаку. Аннигилирует с электроном, давая два кванта электромагнитного излучения е + - -е 2у. Впервые П. был экспериментально обнаружен в космич. лучах (1932) К. Андерсоном, а затем получен искусственно по реакции рождения пар, обратной аннигиляции. П. образуется часто при различных ядерных реакциях, а также при радиоактивном распаде многих ядер и нек-рых элементарных частиц. Открытие П. как первой из экспериментально обиаруженных античастиц явилось триумфом релятивистской квантово-механич. теории П. Дирака, предсказавшей (1929) их существование. Так же, как и электрон, П. стабилен, т. е. не подвергается самопроизвольному распаду, однако он не может долго существовать из-за аннигиляции с электронами, имеющимися в любом веществе. Атомы гипотетич. антивеществ, ядра к-рых образованы антипротонами и антинейтронами, должны иметь в своих оболочках П. Строение нозитронных оболочек должно обусловливать химич. свойства антивеществ так же, как электроны обусловливают химич. свойства обычных веществ (см. Элементарные частицы). [c.58]
chem21.info
Антивещество — Викизнание... Это Вам НЕ Википедия!
Антивещество́ — материя, состоящая из античастиц. По современным представлениям, силы, определяющие структуры материи (сильное взаимодействие, образующее ядра, и электромагнитное взаимодействие, образующее атомы и молекулы) совершенно одинаковы как для частиц, так и для античастиц. Это означает, что структура антивещества должна быть идентична структуре обычного вещества.
Энергия антивещества[править]
Отличие вещества и антивещества возможно только за счёт слабого взаимодействия, однако при обычных температурах слабые эффекты пренебрежимо малы. Ведется довольно много рассуждений на тему того, почему наблюдаемая часть вселенной состоит почти исключительно из вещества и существуют ли другие места, заполненные, наоборот, практически полностью антивеществом; но на сегодняшний день наблюдаемая асимметрия вещества и антивещества во вселенной - одна из самых больших нерешенных задач физики. Предполагается, что столь сильная асимметрия возникла в первые доли секунды после Большого Взрыва.
Первым объектом, целиком составленным из античастиц, был синтезированный в 1965 году анти-дейтрон; затем были получены и более тяжёлые антиядра. В 1995 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.
При взаимодействии вещества и антивещества их масса превращается в энергию. Такую реакцию называют аннигиляцией. Антивещество - лидер среди известных веществ по плотности энергии. Подсчитано, что при вступлении во взаимодействие 1 кг антиматерии и 1 кг материи выделится приблизительно 1,8×1017 джоулей энергии, что эквивалентно энергии выделяемой при взрыве 42,96 мегатонн тротила. Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, «Царь-бомба», соответствовало 57 мегатоннам. Следует отметить, что порядка 50% энергии, выделившейся при аннигиляции (реакции пары нуклон-антинуклон), выделяется в форме нейтрино, которые практически не взаимодействуют с веществом.
Антивещество и космические лучи[править]
Если взглянуть на проблему антивещества с более близкого расстояния, мы снова возвращаемся к космическому излучению. Энергия большинства космических частиц лежит в пределах от 1 до 10 ГэВ. Возможно, этот интервал задается взаимодействием «материя—антиматерия», однако некоторые космические частицы имеют существенно более высокие энергии: 20 ГэВ, 30 ГэВ, 40 ГэВ. Сообщалось даже о частицах с энергией 20 миллиардов ГэВ! Такую энергию трудно себе представить; но абстрактный расчет показывает, что 10 триллионов ГэВ увеличат вес субмикроскопической частицы до одной тонны, а диаметр — до 2 дюймов.
С момента обнаружения космических лучей людей волновал вопрос, откуда они появляются и какова природа их происхождения. Простейший вариант ответа: где-то в нашей Галактике (возможно, на Солнце) идут ядерные реакции, в ходе которых выделяются частицы с огромными энергиями. Действительно, усиление интенсивности космического излучения, отмечаемое через год, соответствует вспышкам на Солнце (впервые зарегистрировано в 1942 году). Может быть, источники космических лучей — сверхновые звезды, пульсары и квазары? Но до сих пор неизвестны ядерные реакции с энергиями в миллиарды и триллионы ГэВ. Теоретически самым мощным процессом является аннигиляция тяжелых ядер вещества и антивещества, когда может выделиться не более 250 ГэВ.
Можно принять гипотезу Ферми, что космические частицы ускоряются под действием неизвестных космических сил. Источником умеренно быстрых частиц может быть взрыв сверхновой звезды, но во время полета во Вселенной частицы разгоняются до гигантских скоростей. В настоящее время наиболее популярна идея, что они ускоряются под действием магнитных полей, словно в гигантском природном синхротроне. Магнитные поля в космосе действительно существуют, в частности, одно из них действует на нашу Галактику, однако его напряженность в 20 000 раз ниже магнитного поля Земли. Поэтому в таких полях космические частицы ускоряются крайне медленно по изогнутой траектории. По мере увеличения их энергии отклонение увеличивается, пока самые мощные частицы не вылетают за пределы Галактики. Хотя большая часть космических частиц не достигает такой траектории, поскольку теряет энергию за счет столкновений с другими частицами или космическими объектами, но какой-то доле это удается. Таким образом, самые мощные частицы, которые удается зафиксировать на Земле, скорее всего, прилетели из соседних галактик.
Антигалактики и белые дыры[править]
При наличии магнитных полей в некоторых участках Вселенной частицы будут отклоняться в одном направлении, а античастицы — в другом. В результате произойдет их разделение с образованием галактик и антигалактик. При столкновении существенных по величине масс материи и антиматерии в процессе образования галактик либо после происходит выделение огромного количества энергии в виде мощного импульсного излучения, под действием которого галактики и антигалактики разбрасываются во Вселенной.
Стоит заметить, что под влиянием вселенских сил, и под влиянием разделяемых сил тёмной материи и энергии, сверхгалактические скопления не разлетаются, хотя во Вселенной всё за это, а сверхгалактические скопления продолжают существовать и жить в тесном сверхгалактическом содружестве. И, этому способствуют галактики состоящие из объектов обладающих гравитацией и антигравитацией, что создаёт противодействие силам пытающейся растащить сверхгалактические скопления. Как и гравитационное сильнейшее взаимодействие в сверхгалактических скоплениях обязано гравитации и антигравитации, как созидающим силам таких огромных астрономическом и численном значении скоплений.
www.wikiznanie.ru
Антивещество и его применение :) - Свалка Димыча | Свалка Димыча
Посмотрел тут недавно в очередной раз апофеозно-идиотический фильм “Ангелы и Демоны”, который вполне себе неплохо идет под пивко в качестве блокбастера. Но сейчас речь не об этом. В этом фильме одно из ключевых мест занимает похищенный контейнер с антивеществом, которого все страшно боятся и очень тщательно ищут. При просмотре я также “вспомнил”, что и в любимом Аватаре антивещество играет не последнюю роль, а именно является источником энергии для межзвездного корабля ISV Venture Star. Вот и задумался я на тему, а реально ли вообще подобное применение антивещества? Далее будет небольшой экскурс в ядерную физику для детского сада 
Кто считает, что уже вырос из ядерного детсада, может дальше не читать.
Начнем с того, что такое антивещество. Это вещество, состоящее из античастиц 
А что же такое античастицы? Это частицы-двойники обычных частиц. В частности, вместо электронов в антивеществе живут позитроны (тот же электрон, но с положительным зарядом), вместо протонов – антипротоны и т.п. (есть еще различия, но мы не будем в них углубляться, чтобы не сойти с ума с непривычки). Об антивеществе нам нужно знать следующие основные вещи: во-первых, оно обладает массой (многие почему-то считают, что масса антивещества отрицательна, но это не так), во-вторых, оно не существует в нашей галактике в чистом виде (что там за пределами галактики – никто не знает), в-третьих, встреча вещества с антивеществом приводит к аннигиляции.
Собственно на аннигиляции и основано построение источников энергии на антивеществе. Суть источника состоит в том, что при аннигиляции высвобождается огромное кол-во энергии, а именно E=2mc2. При аннигиляции 1кг антивещества выделяется порядка 1.8·1017 Дж энергии (это эквивалентно 43 мегатоннам тротила), что эквивалентно 50 миллиардам КВт·ч электроэнергии. Казалось бы это до хрена… А вот и нет! При аннигиляции как минимум половина энергии выделяется в виде нейтрино, которые не взаимодействуют с веществом, а значит не могут быть использованы в современных энергетических установках (в будущем с этим будет проще). Считая КПД самого процесса равным 50%, получаем, что для получения 1 КВт·ч электричества нам нужно 4·10-8 грамма (400 мкг) антивещества. В общем, пока все замечательно, но не понятно, хватит ли нам этой чудовищной энергии?
Следующий вопрос, а сколько вообще нужно энергии для полета? Начнем с вычисления массы корабля. ISV Venture Star имеет размеры 1502.4х302.25х218.3 метра. Даже приблизительный его вес неизвестен, но предположим, что соотношение массы корабля к полезной нагрузке в будущем не сильно изменится (сейчас этот показатель не превышает 1.5%). Зная полезную нагрузку (350 тонн), предположим, что весь корабль весит 24 тысячи тонн. Но суть даже не в этом. Если посмотреть на формулу релятивистской кинетической энергии, то получится, что для постоянного движения со скоростью 0.7 скорости света требуется энергия, создаваемая антивеществом, занимающим не менее 15% массы корабля! А к нему еще нужно такое же количество вещества. А еще у нас есть стартовое ускорение 1.5g, которое вообще сожрет тучу топлива. В общем получается, что топливо должно составлять почти весь вес корабля, т.е. около 20 тысяч тонн (это, кстати, и в справочнике по Пандоре прописано). Половина этого водород, вторая половина – антиводород.
Возникает следующий вопрос – откуда взять 10 тысяч тонн антиводорода (даже если предположить, что я ошибся с расчетами массы в предыдущем абзаце и антиводорода нужно всего тысячу тонн)? Современные знания и технологии ответа не дают. На данный момент самая большая “добытая” порция антивещества – 50 000 атомов антиводорода, на получение которых было затрачено а 10 млрд раз больше энергии, чем можно получить обратно при их аннигиляции. На Пандоре добывают дейтерий, который потом похоже используют в термоядерных реакторах, позволяющих получить достаточно большое количество энергии (тысячи мегаватт), пригодной для синтеза чего хочешь. Однако при нынешнем соотношении между энергией полученного антивещества и энергией, затраченной на его получение, необходима термоядерная реакция миллиардов тонн дейтерия (реакция 1кг дейтерия и 1кг трития дает на выходе 340 000 000 Дж энергии, т.е. в 530 миллионов раз меньше, чем при реакции такого же количества антивещества), что также кажется маловероятным (Пандора вроде не из дейтерия состоит) и просто опасным для отдельно взятой планеты. В общем, нужен либо какой-то неизвестный науке чудовищно эффективный способ синтеза антиводорода, либо фантастика так и останется фантастикой.
С вопросом хранения антивещества как раз все гораздо проще. Для его хранения необходим глубокий вакуум (10-10 Па), чего в космосе хоть отбавляй, а также отсутствие контакта с веществом, что решается магнитным полем. Проблема в том, что для создания нужного магнитного поля требуются сверхпроводящие магниты, которые на данный момент могут функционировать только на температурах, близких к абсолютному нулю. Как раз эту проблему решает добываемый на Пандоре анобтаниум, обладающий сверхпроводящими свойствами при комнатной температуре.
Остается добавить, что антивещественный двигатель может работать только в космосе, ибо выделяемые в процессе аннигиляции высокоэнергетические частицы при контакте с любым веществом будут образовывать самые различные нестабильные изотопы, что будет приводить к высокому радиоактивному заражению. Этот процесс тоже учтен в двигателях ISV Venture Star, для чего процесс аннигиляции происходит также в магнитном поле, задающем нужное направление потоку частиц.
Собственно вывод из этой кучи букв буквально таков: основная проблема создать не двигатель или хранилище антивещества, а получить его в достаточном количестве. В фильме и сопутствующих книгах этот процесс никак не раскрыт, в чистом виде добыча антивещества не производится и откуда они его берут – непонятно. Соответственно антивещественный двигатель пока записываем в список “косяков” идеи Аватара.
Понятное дело, что темы термоядерных или фотонных двигателей еще в прошлом веке мусолились даже советской наукой, но с тех пор глобально решение проблемы никуда не сдвинулось – эффективных способов добычи антивещества до сих пор нет даже в теории.
dmitryga.ru
Антивещество — Википедия
Антивещество́ — вещество, состоящее из античастиц, реально стабильно не образующееся в природе (никакие наблюдательные данные не свидетельствуют об обнаружении антивещества в нашей Галактике и за её пределами[3]).
При взаимодействии вещества и антивещества происходит их аннигиляция, при этом образуются высокоэнергичные фотоны или пары частиц-античастиц. Ведётся довольно много рассуждений на тему того, почему наблюдаемая часть Вселенной состоит почти исключительно из вещества, и существуют ли другие места, заполненные, наоборот, практически полностью антивеществом; но на сегодняшний день наблюдаемая асимметрия вещества и антивещества во Вселенной — одна из самых больших нерешённых задач физики (см. Барионная асимметрия Вселенной). Предполагается, что столь сильная асимметрия возникла в первые доли секунды после Большого Взрыва.
Получение
Первым объектом, целиком составленным из античастиц, был синтезированный в 1965 году анти-дейтрон (ядро тяжёлого изотопа водорода). В 1970—1974 гг. на серпуховском ускорителе были получены и более тяжёлые антиядра — трития (изотоп водорода), гелия[4]. В 1995 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 учёные охлаждали облако, содержащее около 30 тысяч антипротонов, до температуры 200 кельвинов (минус 73,15 градуса Цельсия), и облако из 2 миллионов позитронов до температуры 40 кельвинов (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[5].
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[6].
Стоимость
Антивещество известно как самая дорогая субстанция на Земле — по оценкам НАСА 2006 года, производство миллиграмма позитронов стоило примерно 25 миллионов долларов США[7]. По оценке 1999 года, один грамм антиводорода стоил бы 62,5 триллиона долларов[8]. По оценке CERN 2001 года, производство миллиардной доли грамма антивещества (объём, использованный CERN в столкновениях частиц и античастиц в течение десяти лет) стоило несколько сотен миллионов швейцарских франков[9].
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)[10].
При взаимодействии вещества и антивещества происходит их аннигиляция, при этом образуются высокоэнергичные фотоны или пары частиц-античастиц (порядка 50 % энергии при аннигиляции пары нуклон-антинуклон выделяется в форме нейтрино[источник не указан 1729 дней], которые практически не взаимодействуют с веществом). При взаимодействии 1 кг антивещества и 1 кг вещества выделится приблизительно 1,8·1017джоулей 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.
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 группа российских и зарубежных 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[11].
В 2016 году учёным коллаборации ALPHA впервые удалось измерить оптический спектр атома антиматерии, отличий в спектре антиводорода от спектра водорода не обнаружено[12][13].
Отличие вещества и антивещества возможно выявить только за счёт слабого взаимодействия, однако при обычных температурах слабые эффекты слишком малы.[источник не указан 904 дня]
Проводятся эксперименты по обнаружению антивещества во Вселенной[14].
Видео по теме
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 http://books.google.com/books?id=ONhnbpq00xIC&pg=PA144&dq=that+have+mass+but+apparently+are+neither+matter+nor+antimatter&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwiUstPQ2obSAhUL5IMKHUyQCFEQ6AEIHjAA#v=snippet&q=%22mesons%20was%20a%20complete%20revision%22%20%22concept%20of%20matter.%22%20%22some%20stuff%20with%20mass%20is%20matter--baryons%20and%20leptons%2C%20some%20is%20antimatter--antibaryons%20and%20antileptons%2C%20and%20then%20there%20is%20some%20other%20stuff%20mesons%2C%20that%22&f=false
- ↑ http://en.wikipedia.org/Antimatter#cite_note-3
- ↑ Власов, 1966, с. 153.
- ↑ Б. С. Ишханов, Кэбин Э. И.Физика ядра и частиц, XX век — гл. «Античастицы» // Ядерная физика в Интернете
- ↑ «Физики впервые поймали в ловушку атомы антивещества.»: Лента.Ру, 18.11.2010, 12:45:23.
- ↑ «Antihydrogen Trapped For 1000 Seconds»: The Physics arXiv Blog, 02.05.2011
- ↑ New and Improved Antimatter Spaceship for Mars Missions. NASA (2006). Проверено 28 сентября 2009. Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ Reaching for the stars: Scientists examine using antimatter and fusion to propel future spacecraft. NASA (12 april 1999). Проверено 21 августа 2008. Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ Questions & Answers. CERN (2001). Проверено 24 мая 2008. Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ Широков, 1972, с. 345.
- ↑ Физики впервые измерили силу взаимодействия частиц антиматерии
- ↑ Специалисты ЦЕРН впервые измерили оптический спектр антиматерии // РИА, 19.12.2016
- ↑ Учёные впервые получили спектр антиматерии // 20.12.2016
- ↑ Зураб Силагадзе Увидеть антизвезду // Наука и жизнь. — 2017. — № 5.
Ссылки
Литература
wikipedia.green
Что такое антивещество?
Мы живем во вселенной, где куча вещества и по большому счету совсем нет антивещества. Двое наших читателей хотят знать, что такое антивещество, и на этот вопрос им дает ответ физик.
Антивещество. От этого слова веет увлекательными книгами и фильмами, в которых злодеи добираются до взрывчатки из антивещества или космические корабли перемещаются на таком топливе.
Но что из себя представляет эта субстанция — что такое, по сути, антивещество?
Это очень хотелось бы знать читателям «Виденскаб». Они прочитали кое-какие из множества статей, которые мы публиковали об опытах физиков с антивеществом, но с удовольствием узнали бы больше.
Во-первых, мы должны уточнить, что нельзя путать антивещество физиков с теми антителами, которые известны нам из биологии и медицины. Там антитела (которые еще называют иммуноглобулинами) — это особые белковые соединения, часть защиты организма против болезней. Они могут связываться с чужеродными молекулами и тем самым защищать тело от микроорганизмов и вирусов.
Но здесь мы будем говорить не о них. Мы связались с ученым из мира физики: преподаватель кафедры физики и астрономии Орхусского университета Николай Синнер (Nikolaj Zinner) с радостью расскажет нам об антивеществе.
Вещество с противоположным зарядом
«Все те частицы, которые, как мы знаем, есть в природе, все, из чего состоит наш мир, существует в вариантах с противоположным зарядом. Это и есть антивещество», — говорит Николай Синнер.
«Антивещество выглядит точно так же и имеет ту же массу, что и обычное вещество, но при этом обладает ровно противоположным зарядом. Например, у положительно заряженных позитронов есть негативно заряженные электроны. Позитроны — античастицы электронов».
Так что в антивеществе нет ничего такого принципиально необыкновенного. Это всего лишь вещество с противоположным зарядом относительно того вещества, в окружении которого мы обычно находимся. А вот почему его так мало — это как раз загадка, и мы к этому еще вернемся.
«В повседневной жизни мы с антивеществом не сталкиваемся, но оно возникает во многих ситуациях, например, при радиоактивном распаде, под воздействием космического излучения и в ускорителях. Оно просто очень быстро снова исчезает. Когда позитрон встречается с электроном, в результате получается чистая энергия виде двух световых частиц с высокой энергией — квантов».
Исчезает вспышкой света
«Вот электрон и позитрон, у них противоположные заряды, поэтому они притягиваются. Они могут подойти очень близко друг к другу, и когда это происходит, они сливаются и образуют два фотона. Это следствие законов природы, — рассказывает Николай Синнер. — Масса двух частиц превращается в энергию в форме двух частиц — квантов гамма-излучения».
«Если бы у вас было много антивещества, и вы позволили бы ему проконтактировать с обычным веществом, то вызвали бы очень мощную реакцию. И наоборот: энергию можно преобразовать в вещество и антивещество, и это происходит в ускорителях частиц».
Используется в медицинских сканерах
Именно это явление, когда встреча вещества и антивещества приводит к их исчезновению и высвобождению энергии, наверное, в первую очередь и завораживает авторов научной фантастики.
Например, антивещество играет важную роль в «Ангелах и демонах» Дэна Брауна (Dan Brown), а в «Звездном пути» межзвездные корабли работают на антивеществе.
Но в реальном мире у антивещества — более мирное применение.
Антивещество в виде позитронов, возникающих в результате распада радиоактивных материалов, используется в больницах в сканерах ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография), которые могут сделать снимки внутренних органов и обнаружить в них нездоровые процессы.
«То есть антивещество не такое уж и мистическое. Это часть природы, которой мы с удовольствием пользуемся», — говорит Николай Синнер.
А еще мы подвергаем себя воздействию антивещества, поедая бананы. Они содержат калий, который немного радиоактивен и выделяет позитроны при распаде. Примерно каждые 75 минут банан испускает позитрон, который быстро сталкивается с каким-нибудь электроном, и они превращаются в два гамма-фотона.
Но это все совершенно не опасно. Чтобы получить дозу излучения, соответствующую той, что мы получаем, делая рентгеновский снимок, нам придется поглотить несколько сотен бананов.
Его предсказали еще до открытия
Лучше понять, что такое антивещество, можно, если посмотреть на историю его открытия. Интересно, что существование антивещества предсказали еще до того, как оно было обнаружено.
В 1920-х годах оказалось, что новая теория, названная квантовой механикой, отлично подходит для описания мельчайших частиц вещества — атомов и элементарных частиц. Но не так легко было совместить квантовую механику со второй великой теорией XX века — теорией относительности.
Молодой британский физик Поль Дирак (Paul Dirac) бросился решать эту проблему и сумел вывести уравнение, которое позволяет комбинировать квантовую механику со специальной теорией относительности.
С помощью этого уравнения стало возможным описать движение электрона, даже если его скорость приближалась к скорости света.
Но уравнение приготовило сюрприз. У него было два решения, точно так же, как у уравнения «x²=4»: x=2 и x=-2». То есть, оно могло описывать не только всем хорошо известный электрон, но и другую частицу — электрон с негативной энергией.
Обнаружен в камере Вильсона
Тогда о частицах с отрицательной энергией ничего не знали, и Поль Дирак интерпретировал свое открытие так: может существовать частица, совершенно такая же, как электрон, за исключением противоположного заряда.
Если у электрона — негативный заряд, то должна существовать и соответствующая частица с позитивным зарядом. Согласно расчетам, то же правило должно касаться всех элементарных частиц, то есть вообще всех частиц, из которых состоит мир.
И вот началась охота за антиэлектроном. Американский физик Карл Андерсон (Carl Anderson) использовал туманную камеру (она же камера Вильсона), чтобы обнаружить следы частиц из космоса, имеющих ту же массу, что и электрон, но с противоположным зарядом.
Так был открыт антиэлектрон Дирака, который получил название позитрон — сокращение от «позитивного электрона». С того момента шаг за шагом открывали все новые античастицы.
Вселенная вначале была чистой энергией
Дирак предположил, что отдаленные звезды — возможно, половина из всех, что мы видим на небе, — могут состоять из антивещества, а не вещества. Это следует, например, из его речи, которую он произнес, принимая Нобелевскую премию по физике в 1933 году.
Но сегодня мы знаем, что все во вселенной состоит только из вещества, а не из антивещества. И это действительно загадочно, потому что в начале существования вселенной должно было быть примерно одинаковое количество того и другого, объясняет Николай Синнер.
«Если мы начнем отматывать назад развитие вселенной, энергии будет становиться все больше и больше. Плотность возрастет, температура повысится. Наконец, все превратится в чистую энергию — энергонесущие или силовые частицы вроде фотонов. Таково было начало вселенной, согласно нашим самым распространенным космологическим теориям».
«А если мы снова пойдем вперед от этой точки отсчета, то в какой-то момент энергия должна будет начать превращаться в вещество. Вполне можно создавать вещество из чистой энергии, но в таком случае у вас получается столько же антивещества, сколько и вещества. Вот в чем проблема — можно было ожидать, что будет одинаковое количество того и другого».
«Должен существовать какой-то закон природы, который отвечает за то, что сегодня существует больше вещества, чем антивещества. И ничего больше не скажешь об этом дисбалансе. А так можно было бы объяснить эту ассиметрию».
Нейтрино помогут решить загадку
Большой вопрос заключается в том, где в законах природы следует искать причину победы вещества над антивеществом. Это физики пытаются выяснить с помощью экспериментов.
В научно-исследовательском центре ЦЕРН в Швейцарии антивещество производят и удерживают в магнитных полях и с помощью ряда экспериментов с антиводородом физики пытаются найти ответ на вопрос, являются ли вещество и антивещество точным зеркальным отражением друг друга.
Возможно, между ними все-таки есть небольшая разница, за исключением заряда, и эта разница поможет объяснить, почему во вселенной так много вещества относительно антивещества.
Удалось создать антигелий
Так как антивещество очень редкое и быстро исчезает при встрече с веществом, в природе молекул антивещества нет, а создавать получается лишь самые маленькие его молекулы.
В 2011 году американским ученым удалось создать антигелий. Более крупных атомов не получилось.
Мы на «Виденскаб» немало писали об этих экспериментах, которые пока что демонстрируют, что антивещество ведет себя точно так же, как и вещество, о чем, например, рассказывается в статье «Орхусский ученый провел самые точные измерения антиводорода за всю историю». И, возможно, решение этой загадки помогут нам найти элементарные частицы под названием нейтрино. Об этом мы писали в статье «Ледяной эксперимент раскроет тайну вещества».
«Можно надеяться, что мы найдем ответ в нейтрино, потому что мы уже сейчас знаем, что оно ведет себя странно. Здесь остается много пробелов в физике, так что разумно будет тут и начать копать», — говорит Николай Синнер.
Само по себе антивещество не такое уж мистическое, но физики пока что не выяснили, почему во вселенной сегодня настолько больше вещества, чем антивещества. Они работают над этим вопросом.
Хенрик Бендикс (Henrik Bendix)
Источник:
https://inosmi.ru
Источник: https://salik.biz/articles/44633-chto-takoe-antiveschestvo.html
male.mediasalt.ru
АНТИВЕЩЕСТВО | Энциклопедия Кругосвет
АНТИВЕЩЕСТВО, вещество, состоящее из атомов, ядра которых имеют отрицательный электрический заряд и окружены позитронами – электронами с положительным электрическим зарядом. В обычном веществе, из которого построен окружающий нас мир, положительно заряженные ядра окружены отрицательно заряженными электронами. Обычное вещество, чтобы отличать его от антивещества, иногда называют койновеществом (от греч. койнос – обычный). Однако в русской литературе этот термин практически не употребляется. Следует подчеркнуть, что термин «антивещество» не совсем правилен, поскольку антивещество – тоже вещество, его разновидность. Антивещество обладает такими же инерционными свойствами и создает такое же гравитационное притяжение, как и обычное вещество.
Говоря о веществе и антивеществе, логично начать с элементарных (субатомных) частиц. Каждой элементарной частице соответствует античастица; обе имеют почти одинаковые характеристики, за исключением того, что у них противоположный электрический заряд. (Если частица нейтральна, то античастица также нейтральна, но они могут различаться другими характеристиками. В некоторых случаях частица и античастица тождественны друг другу.) Так, электрону – отрицательно заряженной частице – соответствует позитрон, а античастицей протона с положительным зарядом является отрицательно заряженный антипротон. Позитрон был открыт в 1932, а антипротон – в 1955; это были первые из открытых античастиц. Существование античастиц было предсказано в 1928 на основе квантовой механики английским физиком П.Дираком.
При столкновении электрона и позитрона происходит их аннигиляция, т.е. обе частицы исчезают, а из точки их столкновения испускаются два гамма-кванта. Если сталкивающиеся частицы движутся с небольшой скоростью, то энергия каждого гамма-кванта составляет 0,51 МэВ. Эта энергия есть «энергия покоя» электрона, или его масса покоя, выраженная в единицах энергии. Если же сталкивающиеся частицы движутся с большой скоростью, то энергия гамма-квантов будет больше за счет их кинетической энергии. Аннигиляция происходит и при столкновении протона с антипротоном, но процесс в этом случае протекает гораздо сложнее. В качестве промежуточных продуктов взаимодействия рождается ряд короткоживущих частиц; однако спустя несколько микросекунд как окончательные продукты превращений остаются нейтрино, гамма-кванты и небольшое число электрон-позитронных пар. Эти пары в конечном итоге могут аннигилировать, создавая дополнительные гамма-кванты. Аннигиляция происходит и при столкновении антинейтрона с нейтроном или протоном.
Коль скоро существуют античастицы, возникает вопрос, не могут ли из античастиц образовываться антиядра. Ядра атомов обычного вещества состоят из протонов и нейтронов. Самым простым ядром является ядро изотопа обычного водорода 1H; оно представляет собой отдельный протон. Ядро дейтерия 2H состоит из одного протона и одного нейтрона; оно называется дейтроном. Еще один пример простого ядра – ядро 3He, состоящее из двух протонов и одного нейтрона. Антидейтрон, состоящий из антипротона и антинейтрона, был получен в лаборатории в 1966; ядро анти-3He, состоящее из двух антипротонов и одного антинейтрона, было впервые получено в 1970.
Согласно современной физике элементарных частиц, при наличии соответствующих технических средств можно было бы получить антиядра всех обычных ядер. Если эти антиядра окружены надлежащим числом позитронов, то они образуют антиатомы. Антиатомы обладали бы почти в точности такими же свойствами, как и обычные атомы; они образовали бы молекулы, из них могли бы формироваться твердые тела, жидкости и газы, в том числе и органические вещества. Например, два антипротона и одно ядро антикислорода вместе с восемью позитронами могли бы образовать молекулу антиводы, сходную с обычной водой h3O, каждая молекула которой состоит из двух протонов ядер водорода, одного ядра кислорода и восьми электронов. Современная теория элементарных частиц в состоянии предсказать, что антивода будет замерзать при 0° С, кипеть при 100° С и в остальном вести себя подобно обычной воде. Продолжая такие рассуждения, можно прийти к выводу, что построенный из антивещества антимир был бы чрезвычайно сходен с окружающим нас обычным миром. Этот вывод служит отправной точкой теорий симметричной Вселенной, основанных на предположении, что во Вселенной равное количество обычного вещества и антивещества. Мы живем в той ее части, которая состоит из обычного вещества.
Если привести в соприкосновение два одинаковых куска из веществ противоположного типа, то произойдет аннигиляция электронов с позитронами и ядер с антиядрами. При этом возникнут гамма-кванты, по появлению которых можно судить о происходящем. Поскольку Земля по определению состоит из обычного вещества, в ней нет заметных количеств антивещества, если не считать мизерного числа античастиц, рождающихся на больших ускорителях и в космических лучах. То же самое относится и ко всей Солнечной системе.
Наблюдения показывают, что в пределах нашей Галактики возникает лишь ограниченное количество гамма-излучения. Отсюда ряд исследователей делают вывод об отсутствии в ней сколько-нибудь заметных количеств антивещества. Но этот вывод не бесспорен. В настоящее время нет способа определить, например, состоит ли данная близкая звезда из вещества или антивещества; звезда из антивещества испускает точно такой же спектр, как и обычная звезда. Далее, вполне возможно, что разреженное вещество, заполняющее пространство вокруг звезды и тождественное веществу самой звезды, отделено от областей, заполненных веществом противоположного типа – очень тонкими высокотемпературными «слоями Лейденфроста». Таким образом, можно говорить о «ячеистой» структуре межзвездного и межгалактического пространства, в которой каждая ячейка содержит либо вещество, либо антивещество. Эту гипотезу подкрепляют современные исследования, показывающие, что магнитосфера и гелиосфера (межпланетное пространство) имеют ячеистую структуру. Ячейки с разной намагниченностью и иногда также с разными температурой и плотностью разделены очень тонкими токовыми оболочками. Отсюда следует парадоксальный вывод, что указанные наблюдения не противоречат существованию антивещества даже в пределах нашей Галактики.
Если раньше не было убедительных аргументов в пользу существования антивещества, то теперь успехи рентгеновской и гамма-астрономии изменили положение. Наблюдались явления, связанные с огромным и часто в высшей степени беспорядочным выделением энергии. Вероятнее всего, источником такого энерговыделения была аннигиляция.
Шведский физик О.Клейн разработал космологическую теорию, основанную на гипотезе симметрии между веществом и антивеществом, и пришел к выводу, что процессы аннигиляции играют решающую роль в процессах эволюции Вселенной и формирования структуры галактик.
Становится все более очевидным, что основная альтернативная ей теория – теория «большого взрыва» – серьезно противоречит данным наблюдений и центральное место при решении космологических проблем в ближайшем будущем, скорее всего, займет «симметричная космология».
Роли антивещества в проблемах космологии посвящена книга автора Миры – Антимиры: Антиматерия в космологии (1966). См. также КОСМОЛОГИЯ В АСТРОНОМИИ; ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ.
www.wisc.krugosvet.ru
АНТИВЕЩЕСТВО
slovar.wikireading.ru
