Antiaine on antihiukkasista koostuva aine , joka ei ole luonnossa stabiilisti muodostunut (havaintotiedot eivät osoita antiaineen havaitsemista galaksissamme ja sen ulkopuolella [1] ).
Tiedemiesten syntetisoimat antiaineen ytimet koostuvat antiprotoneista ja antineutroneista ja kuoret - positroneista [2] .
Kun aine ja antimateriaali ovat vuorovaikutuksessa, ne tuhoutuvat ja tuottavat korkeaenergisiä fotoneja tai hiukkas-antihiukkas-pareja.
Havaitsemassamme universumin osassa on merkittäviä klustereita[ Selventää ] Antimateriaa ei ole löydetty [2] , mutta keskustelua käydään siitä, koostuuko maailmankaikkeus lähes yksinomaan aineesta ja onko muita paikkoja, jotka ovat päinvastoin lähes kokonaan antimateriaa täynnä. Aineen ja antiaineen epäsymmetria maailmankaikkeudessa on yksi suurimmista fysiikan ratkaisemattomista ongelmista (katso universumin baryoniesymmetria ); oletetaan, että epäsymmetria tapahtui ensimmäisen sekunnin murto-osissa alkuräjähdyksen jälkeen .
Vuonna 1965 L. Ledermanin johtama ryhmä havaitsi[ missä? ] antideuterium-ytimien muodostumisen tapahtumat [2] . Vuonna 1970 Yu. D. Prokoshkinin johtama tiedemiesryhmä korkean energian fysiikan instituutista ( Protvino ) rekisteröi useita ydinmuodostustapahtumia [2] .
Vuosina 1970-1974 Yu. D. Prokoshkinin johtama ryhmä Serpukhovin kiihdyttimessä sai myös raskaampaa antinuklei- tritiumia (vedyn isotooppi) [3] , heliumia (antihelium-3) [2] .
Vuonna 2001 CERN:ssä syntetisoitiin antivetyatomi [ 2 ] , joka koostuu positronista ja antiprotonista . Viime vuosina antivetyä on saatu merkittäviä määriä ja sen ominaisuuksien yksityiskohtainen tutkimus on aloitettu.
Vuonna 2010 fyysikot onnistuivat ensimmäistä kertaa lyhyesti vangitsemaan antiaineen atomit. Tätä varten tutkijat jäähdyttivät noin 30 tuhatta antiprotonia sisältävän pilven 200 kelvinin lämpötilaan ( miinus 73,15 celsiusastetta ) ja 2 miljoonan positronin pilven 40 K:n lämpötilaan (miinus 233,15 celsiusastetta). Fyysikot ovat jäähdyttäneet antimateriaa Joffe-Pitchardin ansaan rakennetussa Penning -ansassa . Yhteensä 38 atomia vangittiin ja niitä pidettiin 172 millisekuntia [4] .
Toukokuussa 2011 edellisen kokeen tulokset paranivat merkittävästi - tällä kertaa saatiin kiinni 309 antiprotonia, jotka säilytettiin 1000 sekuntia. Lisäkokeet antimateriaalin eristämiseksi on suunniteltu osoittamaan antigravitaatiovaikutuksen olemassaolo tai puuttuminen [5] .
Antimateriaalin tiedetään olevan kallein aine maan päällä - NASAn vuonna 2006 arvioiden mukaan milligramman positronien tuotanto maksoi noin 25 miljoonaa dollaria [6] . Vuoden 1999 arvion mukaan yksi gramma antivetyä olisi arvoltaan 62,5 biljoonaa dollaria [7] . CERNin vuonna 2001 tekemän arvion mukaan gramman miljardisosan tuottaminen antimateriaa (CERNin käyttämä määrä hiukkasten ja hiukkasten välisissä törmäyksissä kymmenen vuoden aikana) maksoi useita satoja miljoonia Sveitsin frangeja [8] .
Nykyaikaisten käsitteiden mukaan aineen rakenteen määräävät voimat ( vahva vuorovaikutus , joka muodostaa ytimiä ja sähkömagneettinen vuorovaikutus , joka muodostaa atomeja ja molekyylejä ) ovat täsmälleen samat ( symmetriset ) sekä hiukkasille että antihiukkasille. Tämä tarkoittaa, että antiaineen rakenteen tulee olla identtinen tavallisen aineen rakenteen kanssa [2] .
Antiaineen ominaisuudet ovat täysin yhtenevät tavallisen aineen ominaisuuksien kanssa peilin läpi katsottuna (pekulaarisuus johtuu pariteetin säilyvyydestä heikossa vuorovaikutuksessa ) [9] .
Kun aine ja antiaine ovat vuorovaikutuksessa, ne tuhoutuvat [2] ja muodostuu suurienergisiä fotoneja tai hiukkas-antihiukkaspareja (noin 50 % energiasta nukleoni-antinukleoni-parin tuhoutumisen aikana vapautuu neutriinon muodossa jotka eivät käytännössä ole vuorovaikutuksessa aineen kanssa). Hitaiden nukleonien ja antinukleonien tuhoutuminen johtaa useiden π-mesonien muodostumiseen, ja elektronien ja positronien tuhoutuminen johtaa y-kvanttien muodostumiseen [2] . Seuraavien hajoamisen seurauksena π-mesonit muuttuvat γ-kvanteiksi [2] .
1 kg antimateriaa ja 1 kg ainetta vuorovaikutuksessa vapauttaa noin 1,8⋅10 17 joulea energiaa, mikä vastaa energiaa, joka vapautuu 42,96 megatonnia TNT :n räjähdyksessä . Tehokkain koskaan planeetalla räjähtänyt ydinlaite, " tsaaripommi " (massa 26,5 tonnia) , vapautti räjähdyksen aikana energiaa noin 57-58,6 megatonnia . Teller-raja lämpöydinaseille tarkoittaa, että tehokkain energiantuotto ei ylitä 6 kt /kg laitteen massasta. .
Vuonna 2013 tehtiin kokeita ALPHA-tyhjiöloukun pohjalta rakennetulla koelaitoksella. Tutkijat ovat mitanneet antimateriaalimolekyylien liikkeen Maan gravitaatiokentän vaikutuksesta. Ja vaikka tulokset osoittautuivat epätarkiksi ja mittauksilla on alhainen tilastollinen merkitys, fyysikot ovat tyytyväisiä ensimmäisiin kokeisiin antiaineen painovoiman suorasta mittauksesta.
Marraskuussa 2015 kansainvälinen fyysikkoryhmä amerikkalaisella törmäyskoneella RHIC osoitti kokeellisesti aineen ja antiaineen rakenteen identiteetin mittaamalla tarkasti antiprotonien väliset vuorovaikutusvoimat, jotka osoittautuivat tässä suhteessa erottumattomiksi tavallisista protoneista [10] .
Vuonna 2016 ALPHA-yhteistyön tutkijat onnistuivat ensimmäistä kertaa mittaamaan antivetyatomin optisen spektrin; antivedyn spektrissä ei löydetty eroja vedyn spektristä [11] [12] .
Kokeita tehdään antiaineen havaitsemiseksi universumissa [13] .
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|