Yksi modernin tieteen mielenkiintoisimmista tehtävistä on maailmankaikkeuden mysteerien selvittäminen. Tiedetään, että kaikki maailmassa koostuu aineesta tai aineesta. Mutta tiedemiesten oletusten mukaan alkuräjähdyksen hetkellä ei muodostunut vain ainetta, joka muodostaa kaikki ympäröivän maailman esineet, vaan myös niin sanottu antiaine, antiaine ja siten antihiukkaset. asia.
Elektronin antihiukkanen
Ensimmäinen antihiukkanen, jonka olemassaolo ennustettiin ja sitten tieteellisesti todistettiin, oli positroni.
Tämän antihiukkasen alkuperän ymmärtämiseksi kannattaa viitata atomin rakenteeseen. Tiedetään, että atomin ydin sisältää protoneja (positiivisesti varautuneita hiukkasia) ja neutroneja (hiukkasia, joilla ei ole varausta). Elektronit kiertävät sen kiertoradalla - hiukkasia, joilla on negatiivinen sähkövaraus.
Positron on elektronin antihiukkanen. Siinä on positiivinen varaus. Fysiikassa positronin symboli näyttää tältä: e+ (elektronia kuvaava symboli one-). Tämä antihiukkanen ilmenee radioaktiivisen hajoamisen seurauksena.
Miten positroni eroaa protonista?
Positronin varaus on positiivinen, joten sen ero elektronista ja neutronista on ilmeinen. Mutta protonilla, toisin kuin elektronilla ja neutronilla, on myös positiivinen varaus. Jotkut ihmiset tekevät sen virheen uskoessaan, että positroni ja protoni ovat pohjimmiltaan sama asia.
Erona on, että protoni on hiukkanen, osa ainetta, ainetta, joka muodostaa maailmamme, joka on osa jokaista atomiydintä. Positroni on elektronin antihiukkanen. Sillä ei ole mitään tekemistä protonin kanssa, paitsi positiivinen varaus.
Kuka löysi positronin?
Englantilainen fyysikko Paul Dirac ehdotti positronin olemassaoloa ensimmäistä kertaa vuonna 1928. Hänen hypoteesinsa oli, että antihiukkanen, jolla on positiivinen varaus, vastaa elektronia. Lisäksi Dirac ehdotti, että tapaamisen jälkeen molemmat hiukkaset katoaisivat vapauttaen prosessissa suuren määrän energiaa. Toinen hänen hypoteeseistaan oli, että on olemassa käänteinen prosessi, jossa elektroni ja hiukkanen ilmestyvät, jotka ovat käänteisiä sille. Kuvassa näkyy elektronin ja sen antihiukkasten jäljet
Useita vuosia myöhemmin fyysikko Carl Anderson (USA) löysi hiukkasia, jotka muistuttavat elektroneja, valokuvaamalla hiukkasia pilvikammiolla ja tutkiessaan niiden jälkiä. Jälkien kaarevuus oli kuitenkin käänteinen magneettikentästä. Siksi heidän latauksensa oli positiivinen. Hiukkasen varauksen suhde massaan oli sama kuin elektronin. Siten Diracin teoria vahvistettiin kokeellisesti. Anderson antoiTätä antihiukkasta kutsutaan positroniksi. Löydöstään tiedemies sai fysiikan Nobelin palkinnon.
Kytkettyä elektronin ja positronijärjestelmää kutsutaan "positroniumiksi".
Tuho
Termi "tuhoaminen" käännetään "kadotukseksi" tai "tuhoksi". Kun Paul Dirac ehdotti, että hiukkaselektroni ja elektronin antipartikkeli katoavat törmäyksessä, tarkoitettiin niiden tuhoamista. Toisin sanoen tämä termi kuvaa aineen ja antiaineen välistä vuorovaikutusprosessia, joka johtaa niiden keskinäiseen katoamiseen ja energiaresurssien vapautumiseen tämän prosessin aikana. Sellaisenaan aineen tuhoutuminen ei tapahdu, se vain alkaa olla olemassa eri muodossa.
Elektronin ja positronin törmäyksen aikana syntyy fotoneja - sähkömagneettisen säteilyn kvantteja. Niissä ei ole lataus- eikä lepomassaa.
On olemassa myös käänteinen prosessi, jota kutsutaan "parin syntymäksi". Tässä tapauksessa hiukkanen ja antihiukkanen esiintyvät sähkömagneettisen tai muun vuorovaikutuksen seurauksena.
Jopa kun yksi positroni ja yksi elektroni törmäävät, energiaa vapautuu. Riittää, kun kuvittelemme, mihin monien hiukkasten törmäys antihiukkasten kanssa johtaa. Ihmiskunnan tuhon energiapotentiaali on korvaamaton.
Antiprotoni ja antineutroni
On loogista olettaa, että koska elektronin antihiukkanen on olemassa luonnossa, muiden perushiukkasten pitäisisisältää antihiukkasia. Antiprotoni ja antineutroni löydettiin vuonna 1955 ja 1956. Antiprotonilla on negatiivinen varaus, antineutronilla ei ole varausta. Avoimia antihiukkasia kutsutaan antinukleoneiksi. Siten antiaineella on seuraava muoto: atomien ytimet koostuvat antinukleoneista ja positronit kiertävät ytimen ympäri.
Vuonna 1969 ensimmäinen antiheliumin isotooppi saatiin Neuvostoliitosta.
Vuonna 1995 antivety kehitettiin CERNissä (eurooppalaisessa ydintutkimuslaboratoriossa).
Antimateriaalin saaminen ja sen merkitys
Kuten sanottiin, elektronin, protonin ja neutronin antihiukkaset pystyvät tuhoutumaan alkuperäisillä hiukkasilla, jolloin syntyy energiaa törmäyksen aikana. Siksi näiden ilmiöiden tutkiminen on erittäin tärkeää eri tieteenaloille.
Antimateriaalin saaminen on erittäin pitkä, työläs ja kallis prosessi. Tätä varten rakennetaan erityisiä hiukkaskiihdyttimiä ja magneettisia ansoja, joiden pitäisi pitää syntyvä antimateriaali. Antimateriaali on tähän mennessä kallein aine.
Jos antiaineen tuotanto saataisiin käyntiin, ihmiskunta saisi energiaa moniksi vuosiksi. Lisäksi antimateriaalia voitaisiin käyttää rakettipolttoaineen luomiseen, koska itse asiassa tämä polttoaine olisi saatu yksinkertaisesti antiaineen kosketuksesta minkä tahansa aineen kanssa.
Antimatter-uhka
Kuten monet ihmisen tekemät löydöt, elektronien ja nukleonien antihiukkasten löytäminen voi aiheuttaa ihmisillevakava uhka. Kaikki tietävät atomipommin voiman ja tuhon, jonka se voi aiheuttaa. Mutta räjähdyksen voima aineen kosketuksessa antiaineen kanssa on v altava ja monta kertaa suurempi kuin atomipommin voima. Siten, jos "antipommi" keksitään jonakin päivänä, ihmiskunta joutuu itsensä tuhon partaalle.
Mitä johtopäätöksiä voimme tehdä?
- Universumi koostuu aineesta ja antiaineesta.
- Elektronin ja nukleonien antihiukkasia kutsutaan "positroneiksi" ja "antinukleoneiksi".
- Antihiukkasilla on päinvastainen varaus.
- Aineen ja antiaineen törmäys johtaa tuhoon.
- Tuhoamisen energia on niin suuri, että se voi sekä palvella ihmistä että uhata hänen olemassaoloaan.
