Visuma objekti - galaktikas, zvaigznes, kvazāri, planētas, supernovas, dzīvnieki un cilvēki - sastāv no matērijas. To veido dažādas elementāras daļiņas - kvarki, leptoni, bozoni. Bet izrādījās, ka ir daļiņas, kurās viena raksturlielumu daļa pilnībā sakrīt ar "oriģinālu" parametriem, bet otrai ir pretējas vērtības. Šis īpašums pamudināja zinātniekus dot šādu daļiņu agregātam vispārējo nosaukumu "antimateriāls".
Kļuva arī skaidrs, ka izpētīt šo noslēpumaino vielu ir daudz grūtāk nekā reģistrēties. Dabā vēl nav sastopamas antidaļiņas stabilā stāvoklī. Problēma ir tā, ka matērija un antimateriāls iznīcina (savstarpēji iznīcina viens otru) pēc "kontakta". Antimatēriju ir diezgan iespējams iegūt laboratorijās, lai gan to ir diezgan grūti. Līdz šim zinātnieki to ir spējuši izdarīt tikai dažas minūtes.
Saskaņā ar teoriju Lielajam sprādzienam vajadzēja radīt vienādu skaitu daļiņu un antidaļiņu. Bet, ja matērija un antimateriāls iznīcina viens otru, tad tiem vajadzēja pastāvēt vienlaicīgi. Kāpēc Visums pastāv?
“Vairāk nekā pirms 60 gadiem teorijā tika teikts, ka visas antidaļiņu īpašības sakrīt ar parasto daļiņu īpašībām spoguļattēlu atstarotā telpā. Tomēr 60. gadu pirmajā pusē tika atklāts, ka dažos procesos šī simetrija nav apmierināta. Kopš tā laika ir izveidoti daudzi teorētiskie modeļi, ir veikti desmitiem eksperimentu, lai izskaidrotu šo parādību. Tagad visattīstītākās teorijas ir tādas, ka matērijas un antimateriāla daudzuma atšķirība ir saistīta ar tā saukto CP-simetrijas pārkāpumu (no vārdiem maksas - “lādiņš” un paritāte - “paritāte”). Bet pagaidām neviens nezina ticamu atbildi uz jautājumu, kāpēc tur ir vairāk matērijas nekā antimateriāla,”skaidro Aleksejs Žemčugovs, Maskavas Fizikas un tehnoloģijas institūta Mikropasaules Fizikas fundamentālo un lietišķo problēmu katedras asociētais profesors.
Antimateriāla vēsture sākās ar elektrona kustības vienādojumu, kuram bija risinājumi, kuros tam piemita negatīva enerģija. Tā kā zinātnieki nevarēja iedomāties negatīvās enerģijas fizisko nozīmi, viņi "izgudroja" elektronu ar pozitīvu lādiņu, nosaucot to par "pozitronu".
Viņš kļuva par pirmo eksperimentāli atklāto antidaļiņu. Instalācija, reģistrējot kosmiskos starus, parādīja, ka dažu magnētiskā lauka daļiņu kustības trajektorija ir līdzīga elektronu trajektorijai - tikai tās novirzās pretējā virzienā. Tad tika atklāts mezona un antimona pāris, reģistrēti antiprotoni un antineutroni, un pēc tam zinātnieki varēja sintezēt antiūdeņradi un antihelija kodolu.
Elektrona un pozitrona kustības trajektorijas magnētiskajā laukā / RIA Novosti ilustrācija. Alīna Poļjaņina
Ko nozīmē visi šie "anti"? Mēs parasti izmantojam šo prefiksu, lai apzīmētu pretēju parādību. Kas attiecas uz antimatēriju - tas var ietvert elementāru daļiņu analogus, kuriem ir pretējs lādiņš, magnētiskais moments un dažas citas īpašības. Protams, visas daļiņas īpašības nevar mainīt. Piemēram, masai un kalpošanas laikam vienmēr jāpaliek pozitīvam, koncentrējoties uz tiem, daļiņas var attiecināt uz vienu kategoriju (piemēram, protoniem vai neitroniem).
Reklāmas video:
Ja salīdzinām protonu un antiprotonu, tad daži to raksturlielumi ir vienādi: abu masa ir 938,2719 (98) megaelektronvolts, griešanās ½ (griešanās sauc par daļiņas iekšējo leņķisko impulsu, kas raksturo tās rotāciju, kamēr pati daļiņa atrodas miera stāvoklī). Bet protona elektriskais lādiņš ir 1, un antiprotonam ir mīnus 1, baronu skaitlis (tas nosaka spēcīgi mijiedarbojošos daļiņu skaitu, kas sastāv no trim kvarkiem) ir attiecīgi 1 un mīnus 1.
Protons un antiprotons / RIA Novosti ilustrācija. Alīna Poļjaņina
Dažām daļiņām, piemēram, Higsa bozonam un fotonam, nav anti-analogu, un tās sauc par patiesi neitrālām.
Lielākā daļa antidaļiņu kopā ar daļiņām parādās procesā, ko sauc par savienošanu pārī. Šāda pāra veidošanai nepieciešama liela enerģija, tas ir, milzīgs ātrums. Dabā antidaļiņas rodas, kad kosmiskie stari saduras ar Zemes atmosfēru, masīvu zvaigžņu iekšpusē, blakus pulsāriem un aktīviem galaktikas kodoliem. Zinātnieki tam izmanto sadursmes-paātrinātājus.
Liela hadronu sadursmes paātrinošā daļa, kurā paātrinās daļiņas / Foto: CERN
Antimateriāla izpētei ir praktisks pielietojums. Lieta ir tāda, ka matērijas un antimatērijas iznīcināšana rada augstas enerģijas fotonus. Teiksim, ka mēs paņemam protonu un antiprotonu banku un sākam pakāpeniski tos atbrīvot viens pret otru caur speciālu caurulīti, burtiski pa vienam. Iznīcinot vienu kilogramu antimateriāla, tiek atbrīvots tāds pats enerģijas daudzums, kā sadedzinot 30 miljonus barelu naftas. Simt četrdesmit nanogrammu antiprotonu būtu pilnīgi pietiekami lidojumam uz Marsu. Nozveja ir tāda, ka antimatērijas radīšanai un noturēšanai nepieciešams vēl vairāk enerģijas.
Tomēr antimateriālu jau izmanto praksē, medicīnā. Pozitronu emisijas tomogrāfiju izmanto diagnostikā onkoloģijā, kardioloģijā un neiroloģijā. Metode ir balstīta uz vielu piegādi, kas sagrauj ar pozitronu izstarošanu noteiktam orgānam. Piemēram, viela, kas labi saistās ar vēža šūnām, var darboties kā transports. Vēlamajā apgabalā veidojas paaugstināta radioaktīvo izotopu koncentrācija un līdz ar to pozitivoni no to sabrukšanas. Pozitroni nekavējoties iznīcina ar elektroniem. Un iznīcināšanas punktu mēs varam diezgan precīzi noteikt, reģistrējot gamma kvantus. Tādējādi ar pozitronu emisijas tomogrāfijas palīdzību ir iespējams noteikt paaugstinātu transporta vielas koncentrāciju noteiktā vietā.