Antihmota

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 8. srpna 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Antihmota  je látka skládající se z antičástic , která se v přírodě stabilně netvoří (pozorovací údaje nenaznačují detekci antihmoty v naší Galaxii a mimo ni [1] ).

Jádra antihmoty, syntetizovaná vědci, se skládají z antiprotonů a antineutronů a obalů - z pozitronů [2] .

Když hmota a antihmota interagují, anihilují a produkují fotony s vysokou energií nebo páry částice-antičástice.

V části Vesmíru, kterou pozorujeme, jsou výrazné shluky[ upřesnit ] nebyla nalezena žádná antihmota [2] , ale vedou se debaty o tom, zda je vesmír tvořen téměř výhradně hmotou, a zda existují i ​​jiná místa vyplněná naopak téměř zcela antihmotou. Asymetrie hmoty a antihmoty ve vesmíru je jedním z největších nevyřešených problémů ve fyzice (viz baryonová asymetrie vesmíru ); předpokládá se, že k asymetrii došlo v prvních zlomcích sekundy po velkém třesku .

Získání

V roce 1965 pozorovala skupina vedená L. Ledermanem[ kde? ] události tvorby antideuteriových jader [2] . V roce 1970 skupina vědců vedená Yu. D. Prokoshkinem z Institutu pro fyziku vysokých energií ( Protvino ) zaregistrovala několik událostí jaderné formace [2] .

V letech 1970-1974 skupina vedená Yu. D. Prokoshkinem na  urychlovači Serpukhov také získala těžší antinukleitrium (izotop vodíku) [3] , helium (antihelium-3) [2] .

V roce 2001 byl v CERNu syntetizován atom antivodíku [2] sestávající z pozitronu a antiprotonu . V posledních letech byl antivodík získáván ve významném množství a začalo se s podrobným studiem jeho vlastností.

V roce 2010 se fyzikům poprvé podařilo krátce zachytit atomy antihmoty. K tomu vědci ochladili mrak obsahující asi 30 tisíc antiprotonů na teplotu 200 kelvinů (minus 73,15 stupňů Celsia ) a mrak o 2 milionech pozitronů na teplotu 40 K (minus 233,15 stupňů Celsia). Fyzici ochladili antihmotu v Penningově pasti zabudované do Joffe-Pitchardovy pasti . Celkem 38 atomů bylo zachyceno a drženo po dobu 172 milisekund [4] .

V květnu 2011 byly výsledky předchozího experimentu výrazně zlepšeny – tentokrát bylo zachyceno 309 antiprotonů, které byly zadrženy po dobu 1000 sekund. Další experimenty na zadržování antihmoty jsou navrženy tak, aby prokázaly přítomnost nebo nepřítomnost antigravitačního efektu pro antihmotu [5] .

Cena

Antihmota je známá jako nejdražší látka na Zemi – podle odhadů NASA v roce 2006 stála výroba miligramu pozitronů přibližně 25 milionů amerických dolarů [6] . Podle odhadu z roku 1999 by jeden gram antihydrogenu měl hodnotu 62,5 bilionu dolarů [7] . Podle odhadu CERNu z roku 2001 stála výroba miliardtiny gramu antihmoty (objem používaný CERN při srážkách částic a antičástic během deseti let) několik set milionů švýcarských franků [8] .

Vlastnosti

Podle moderních koncepcí jsou síly, které určují strukturu hmoty ( silná interakce , která tvoří jádra , a elektromagnetická interakce , která tvoří atomy a molekuly ), naprosto stejné ( symetrické ) jak pro částice, tak pro antičástice. To znamená, že struktura antihmoty musí být totožná se strukturou běžné hmoty [2] .

Vlastnosti antihmoty se zcela shodují s vlastnostmi běžné hmoty pozorované přes zrcadlo (spekularita vzniká v důsledku nezachování parity ve slabých interakcích ) [9] .

Při interakci hmoty a antihmoty dochází k jejich anihilaci [2] , vznikají vysokoenergetické fotony nebo páry částice-antičástice (asi 50 % energie při anihilaci páru nukleon-antinukleon se uvolní ve formě neutrina , které prakticky neinteragují s látkou). Anihilace pomalých nukleonů a antinukleonů vede ke vzniku několika π-mezonů a anihilace elektronů a pozitronů vede ke vzniku γ-kvant [2] . V důsledku následných rozpadů se π-mezony mění na γ-kvanta [2] .

Interakcí 1 kg antihmoty a 1 kg hmoty se uvolní přibližně 1,8⋅10 17 joulů energie, což odpovídá energii uvolněné při explozi 42,96 megatun TNT . Nejvýkonnější jaderné zařízení, jaké kdy na planetě explodovalo, „ carská bomba “ (hmotnost 26,5 tuny), během exploze uvolnilo energii odpovídající ~ 57-58,6 megatun . Tellerův limit pro termonukleární zbraně znamená, že nejúčinnější energetický výtěžek nepřekročí 6 kt /kg hmotnosti zařízení. .

V roce 2013 byly provedeny pokusy na poloprovozním zařízení postaveném na bázi vakuové pasti ALPHA. Vědci změřili pohyb molekul antihmoty pod vlivem gravitačního pole Země. A přestože se výsledky ukázaly jako nepřesné a měření mají nízkou statistickou významnost, fyzici jsou s prvními experimenty na přímém měření gravitace antihmoty spokojeni.

V listopadu 2015 mezinárodní skupina fyziků na americkém urychlovači RHIC experimentálně prokázala identitu struktury hmoty a antihmoty přesným měřením sil interakce mezi antiprotony, které se v tomto ohledu ukázaly jako nerozeznatelné od běžných protonů [10]. .

V roce 2016 se vědcům ze spolupráce ALPHA poprvé podařilo změřit optické spektrum atomu antivodíku, ve spektru antivodíku nebyly zjištěny rozdíly od spektra vodíku [11] [12] .

Probíhají experimenty na detekci antihmoty ve vesmíru [13] .

V popkultuře

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Vlasov, 1966 , s. 153.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Feinberg, 2005 .
  3. ↑ B. S. Ishkhanov, Kebin E. I. Fyzika jádra a částic, XX století - kap. "Antičástice" archivovány 27. října 2016 na Wayback Machine // Nuclear Physics Online
  4. ↑ "Fyzici poprvé uvěznili atomy antihmoty." Archivní kopie ze dne 21. listopadu 2010 na Wayback Machine : Lenta.Ru , 18. 11. 2010 , 12:45:23.
  5. ↑ „Antivodík zachycený na 1000 sekund“ Archivováno 4. května 2011 na Wayback Machine : The Physics arXiv Blog , 5. 2. 2011
  6. ↑ Nová a vylepšená antihmotová vesmírná loď pro mise na Mars . NASA (2006). Datum přístupu: 28. září 2009. Archivováno z originálu 22. srpna 2011.
  7. ↑ Dosahování ke hvězdám: Vědci zkoumají využití antihmoty a fúze k pohonu budoucích kosmických lodí . NASA (12. dubna 1999). Získáno 21. srpna 2008. Archivováno z originálu dne 22. srpna 2011.
  8. ↑ Otázky a odpovědi . CERN (2001). Datum přístupu: 24. května 2008. Archivováno z originálu 22. srpna 2011.
  9. ↑ Širokov, 1972 , s. 345.
  10. ↑ Fyzici nejprve změřili sílu interakce částic antihmoty . Získáno 5. listopadu 2015. Archivováno z originálu 4. listopadu 2015.
  11. ↑ Specialisté CERNu poprvé změřili optické spektrum antihmoty Archivní kopie z 22. prosince 2016 na Wayback Machine // RIA, 19. 12. 2016
  12. ↑ Vědci poprvé získali spektrum antihmoty Archivní kopie z 22. prosince 2016 na Wayback Machine // 20.12.2016
  13. ↑ Zurab Silagadze Seeing the antistar Archival copy date 17. January 2018 at the Wayback Machine // Science and Life . - 2017. - č. 5.
  14. ↑ Spotlight: Angels and Demons  (anglicky) (FAQ). CERN (říjen 2004). - Otázky a odpovědi. Archivováno z originálu 13. prosince 2007.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích