Фото антиматерия: Антиматерия — что это такое, фото |

Содержание

Антиматерия — что это такое, фото

Антиматерия также предмет нашей с вами реальности. Частицы антиматерии практически идентичны своим материальным партнерам, за исключением того, что переносят противоположный заряд и спин. Когда антиматерия встречает материю, они мгновенно аннигилируют в энергию. Хотя бомбы из антиматерии и корабли на основе этого же топлива пока не представляются возможными на практике, есть много фактов об антиматерии, которые вас удивят.

Самое обсуждаемое по теме Антиматерия

Когда Вселенная родилась, около 14 миллиардов лет назад, она создала материю и антиматерию, которые уничтожают друг друга при встрече. Частицы антиматерии той же массы, что и частицы материи, но их электрические заряды противоположные. Самый известный пример – это электрон (обычная отрицательно заряженная частица) и позитрон (положительно заряженная частица). Но если в самом начале существовали материя и антиматерия, то почему потом осталась только материя? Этот вопрос – одна из определяющих загадок физики. На протяжении десятилетий теоретики придумывали потенциальные решения, большинство из которых предполагали существование во Вселенной дополнительных, неизвестных частиц. Но каким бы ни был окончательный ответ, ученые считают, что сделали шаг к окончательному пониманию одной из величайших тайн Вселенной: почему она вообще существует.

Знаете ли вы, что самым дорогим веществом на свете является антиматерия? Согласно официальным данным NASA, один миллиграмм позитронов этого редкого вещества стоит приблизительно 25 миллионов долларов! Вместе с тем, получить антиматерию в лабораторных условиях едва ли представляется возможным по причине того, что все предпринятые ранее попытки создать уникальный источник энергии потерпели поражение. Почему? Кажется, ответ на этот вопрос может скрываться в очень распространенных и при этом загадочных частицах — нейтрино.

Почему мы существуем? Это, пожалуй, самый глубокий вопрос, который может показаться совершенно выходящим за рамки физики элементарных частиц. Но наш новый эксперимент на Большом адронном коллайдере ЦЕРН приблизил нас к ответу. Чтобы понять, почему мы существуем, нужно сперва отправиться на 13,8 миллиардов лет назад, во времени Большого Взрыва. Это событие произвело равное количество вещества, из которого мы состоим, и антивещества.

Когда мы смотрим на Вселенную, на все ее планеты и звезды, галактики и скопления, газ, пыль, плазму, мы видим всюду одни и те же сигнатуры. Мы видим линии атомной абсорбции и эмиссии, видим, что материя взаимодействует с другими формами материи, видим звездообразование и смерть звезд, столкновения, рентгеновское излучение и многое другое. Есть очевидный вопрос, который требует объяснения: почему мы видим все это? Если законы физики диктуют симметрию между материей и антиматерией, Вселенная, которую мы наблюдаем, не должна существовать.

Большой взрыв мог породить не только нашу Вселенную. Наша Вселенная может являться зеркальным отражением «антивселенной», время в которой течет в обратном направлении, а пространство зеркально отражено. С таким заявлением выступили канадские физики из Института теоретической физики Периметр, предложившие новую космологическую модель, в которой предполагается существование антивселенной, связанной с нашей Вселенной, что в целом поддерживает фундаментальное правило CPT-симметрии.

Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) продолжает эксперименты с использованием ускорителей частиц. На этот раз ученые хотят провести очередные исследования антиматерии. В данном случае речь идет о влиянии гравитации. Ведь если предположить, что вещество и антивещество имеют одну и ту же массу и почти одинаковые физические свойства, то и гравитация должна действовать на них одинаково. Несмотря на столь очевидные выводы, на практике они не проверялись ни разу. И именно это хотят сделать физики из CERN, проведя сразу 2 эксперимента, которые могут подтвердить (или не подтвердить) некоторые существующие теории.

Мы все не раз видели и читали о том, как герой какого-нибудь фантастического фильма или книги летит на космическом корабле, использующем в качестве топлива антиматерию, а затем высаживается на очередной враждебной планете, достает свой бластер с зарядами из антивещества и… Что бывает дальше – вы сами прекрасно знаете. К сожалению, реальность пока не доросла до такой космической романтики. Нет, ученые уже давно обнаружили антиматерию и даже проводят ее исследование, но единственное место, где это происходит – застенки лабораторий.

Ученые узнали на днях весьма интересную вещь об антиматерии. Согласно всей имеющейся на данный момент информации, антиматерия выглядит как точная зеркальная копия самой обычной материи. Но что это вообще значит?

Одним из наиболее интригующих открытий физики прошлого века было существование антиматерии, материала, который служит словно «зеркальным отражением» субатомных частиц — электронов, протонов и кварков — но с противоположным зарядом. Антиматерия углубила наше понимание Вселенной и законов физики, а теперь эта же идея должна объяснить нечто столь же таинственное: память.

«Большой Взрыв — начало Вселенной — произвел вещество и антивещество в равных количествах. Но наш нынешний мир на это не похож. Антивещество чрезвычайно редкое. Это огромная загадка, — говорит Айхон Тан, физик из Брухейвена, участвующий в анализе данных, собранных детектором STAR коллайдера релятивистских ионов (RHIC). — И хотя эта загадка была известна десятилетиями, она и по сей день остается одной из крупнейших проблем науки, возникало мало догадок на эту тему. Все, что мы узнаем о природе антивещества, может теоретически внести вклад в разрешение этой задачи».

физики впервые управляли антиматерией с помощью лазера

01 апреля 2021
11:59

Анатолий Глянцев

Революционный эксперимент осуществил давнюю мечту физиков.

Фото Takamasa Momose.

Физики впервые использовали лазерный луч для управления антиматерией.

Фото Maximilien Brice/CERN.

Художественное изображение траекторий атома антиводорода в магнитной ловушке до (показано серым) и после (показано голубым) лазерного охлаждения.

Иллюстрация Chukman So/TRIUMF.

Исследователи провели революционный эксперимент, который войдёт в историю науки.

В недавнем революционном эксперименте учёные впервые манипулировали антивеществом с помощью лазера. Это достижение открывает широчайшие возможности по исследованию антиматерии. Возможно, они помогут открыть тайну самого нашего существования.

Мир злых двойников

Напомним, что каждая элементарная частица имеет античастицу. Для протона это антипротон, для электрона – антиэлектрон, и так далее. Физики уже демонстрировали объединение античастиц в антиатомы, а теоретически из них могли бы получаться антимолекулы, антипланеты, антигалактики и антилюди.

Однако пожать руку антисебе – плохая идея. Когда частица встречается со своей античастицей, они обе аннигилируют (превращаются в излучение). Поэтому изучать антиматерию очень сложно. Её нужно держать в глубоком вакууме и следить, чтобы она не касалась стенок сосуда.

Теория утверждает, что античастица практически во всём ведёт себя так же, как и частица. Она имеет ту же массу и те же остальные характеристики, кроме электрического заряда, который противоположен заряду частицы. Однако эту теорию, как и любую другую, нужно проверить экспериментами. Причём любой их исход будет удачным в том или ином смысле. Если антиматерия снова и снова будет вести себя в точности как материя, значит, теория верна, и мы действительно правильно поняли, как устроена эта часть законов, управляющих Вселенной. А если обнаружится неожиданное отличие, это станет выдающимся открытием.

Революционный эксперимент осуществил давнюю мечту физиков.

Фото Takamasa Momose.

Загадка нашего существования

С антиматерией связан ещё один волнующий вопрос. Он звучит просто: почему существуем мы и всё, что нас окружает?

Поясним. Естественно предположить, что в момент Большого взрыва антивещества образовалось столько же, сколько и вещества, раз уж они так похожи. Однако в первые доли секунды своей истории Вселенная была очень тесной, и материи некуда было деться от своего «злого двойника». Если бы вещества и антивещества было поровну, все частицы столкнулись бы со своими античастицами и превратились в фотоны. Не возникло бы ни атомов, ни звёзд, ни жизни: Вселенная была бы заполнена одним только излучением.

Это значит, что материи по каким-то причинам образовалось больше, чем антиматерии. У специалистов есть гипотезы о том, почему это произошло, но наверняка они не знают. Возможно, эксперименты с антивеществом прольют свет на эту проблему.

Физики впервые использовали лазерный луч для управления антиматерией.

Фото Maximilien Brice/CERN.

Охлаждай и властвуй

Незаменимым средством исследования антиматерии мог бы стать лазер. Лазерный луч – это не вещество, и им можно совершенно безопасно касаться античастиц, не боясь, что они аннигилируют. Поэтому лазеры могут стать своеобразными пинцетами для манипулирования антивеществом, тем более что на обычном веществе подобные технологии давно отработаны.

Ещё одна незаменимая «рабочая лошадка» физиков – лазерное охлаждение. Его принцип прост. Как известно, температура определяется тем, насколько быстро движутся атомы. Представим себе движущийся атом и фотон, летящий ему навстречу. Атом поглощает фотон, и тот передаёт атому свой импульс, как бы толкая его в сторону, противоположную движению. В результате атом замедляется.

Таким путём можно так замедлить движение атомов, что температура опустится практически до абсолютного нуля. А это очень важно для экспериментаторов, ведь многие тонкие эффекты (например, квантовые) можно наблюдать только в таких условиях.

Художественное изображение траекторий атома антиводорода в магнитной ловушке до (показано серым) и после (показано голубым) лазерного охлаждения.

Иллюстрация Chukman So/TRIUMF.

Технология лазерного охлаждения давно отработана на веществе, но никто никогда не применял её к антивеществу.

«Это была безумная мечта – манипулировать антивеществом с помощью лазера», – признаётся соавтор исследования Макото Фудзивара (Makoto Fujiwara) из научного центра TRIUMF в Канаде.

Преодолев все технические препятствия, экспериментаторы наконец взяли этот рубеж и охладили атомы антиводорода почти до абсолютного нуля.

Теперь исследователи собираются применить эту технологию во множестве интересных экспериментов. Например, они надеются однажды объединить антиатомы в антимолекулы.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature.

К слову, ранее мы рассказывали о том, что антиматерия образуется при ударах молнии.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

наука
физика
лазер
антиматерия
новости

Галерея изображений

антиматерии | ЦЕРН

Ресурсы

Изображение

Тема:
Физика

Стефан Ульмер — представитель эксперимента BASE
(Изображение: ЦЕРН)