Однією з найбільш цікавих завдань, які стоять перед сучасною наукою, є розгадка таємниць устрою Всесвіту. Відомо, що в світі все складається з матерії або речовини. Але, за припущеннями вчених, в момент Великого вибуху утворилася не тільки речовина, з якої складаються всі об’єкти навколишнього світу, але і так зване антиречовину, антиматерія і, отже, античастки речовини.
Античастинка до електрона
Першою античастинкою, чиє існування було передбачене, а потім доведено науково, став позитрон.
Щоб зрозуміти походження цієї античастки, варто звернутися до будови атома. Відомо, що ядро атома містить протони (позитивно заряджені частинки) і нейтрони (частинки, що не мають заряду). За його орбітах обертаються електрони – частки з негативним електричним зарядом.
Позитрон – античастинка до електрона. Вона володіє позитивним зарядом. У фізиці символ позитрона виглядає таким чином: е+ (для позначення електрона використовується символ е-). З’являється ця античастинка в результаті радіоактивного розпаду.
Чим позитрон відрізняється від протона?
Заряд позитрона позитивний, тому його відмінність від електрона і нейтрона очевидно. Але протон, на відміну від електрона і нейтрона, також володіє позитивним зарядом. Деякі помиляються, вважаючи що позитрон і протон – по суті одне і те ж.
Різниця в тому, що протон – це частка, частина речовини, матерії, складовою наш світ, що входить до складу кожного атомного ядра. Позитрон – античастинка до електрона. Вона не має з протоном нічого спільного, крім позитивного заряду.
Хто відкрив позитрон?
Вперше існування позитрона припустив англійський фізик Поль Дірак у 1928 році. Його гіпотеза полягала в тому, що електрону відповідає античастинка з позитивним зарядом. Крім того, Дірак висловив припущення, що, зустрівшись, обидві частинки зникнуть, виділивши при цьому велику кількість енергії. Ще однією гіпотезою було те, що існує зворотний процес, при якому з’являються електрон і частинка, зворотний йому. На фото показано треки електрона і його античастки
Кілька років потому фізик Карл Андерсон (США), фотографуючи частинки за допомогою камери Вільсона і вивчаючи їх треки, виявив сліди частинок, схожих на електрони. Однак сліди мали протилежне викривлення від магнітного поля. Отже, заряд був позитивним. Відношення заряду частинки до масі було таким же, як у електрона. Таким чином, теорія Дірака експериментально підтвердилася. Андерсон дав цій античастице назва “позитрон”. За своє відкриття вчений був удостоєний Нобелівської премії з фізики.
Пов’язана система електрона і позитрона отримала назву “позитроний”.
Анігіляція
Термін “анігіляція” перекладається як “зникнення” або “знищення”. Коли Поль Дірак припустив, що електрон частинка і античастинка до електрона зникнуть при зіткненні, малася на увазі саме їх анігіляція. Іншими словами, цим терміном описується процес взаємодії матерії і антиматерії, що приводить до їхнього взаємного зникнення і викиду енергетичних ресурсів у ході даного процесу. Як такого знищення матерії при цьому не відбувається, вона лише починає існувати в іншій формі.
В ході зіткнення електрона і позитрона виробляються фотони – кванти електромагнітного випромінювання. Вони не мають ні заряду, ні маси спокою.
Існує і зворотний процес, званий “народження пари”. У цьому випадку частинка і античастинка з’являються в результаті електромагнітного або іншої взаємодії.
Навіть при зіткненні одного позитрона і одного електрона викидається енергія. Досить уявити, до чого призведе зіткнення безлічі частинок з античастицами. Енергетичний потенціал анігіляції для людства неоціненний.
Антипротон і антинейтрон
Логічно припустити, що раз античастинка до електрона існує в природі, то й у інших фундаментальних частинок повинні бути античастки. Антипротон і антинейтрон були виявлені в 1955 і 1956 роках відповідно. Антипротон має негативний заряд, антинейтрон заряду не несе. Відкриті античастки називаються антинуклоны. Таким чином, антиречовина має наступний вигляд: ядра атомів складаються з антинуклонов, а по орбіті навколо ядра обертаються позитрони.
У 1969 році в СРСР був вперше отриманий ізотоп антигелия.
У 1995 в Церн (європейської лабораторії ядерних досліджень) був вироблений антиводень.
Отримання антиматерії і її значення
Як було сказано, античастки електрона, протона і нейтрона здатні анігілювати зі своїми вихідними частками, виробляючи при зіткненні енергію. Тому дослідження цих явищ мають величезне значення для різних сфер науки.
Отримання антиречовини є вкрай тривалим, трудомістким і витратним процесом. Для цього будуються спеціальні прискорювачі частинок і магнітні пастки, які повинні утримувати отримане антиречовину. Антиматерія є найдорожчою субстанцією на сьогоднішній день.
Якщо б виробництво антиречовини вдалося поставити на потік, то людство було забезпечено енергією на багато років. Крім того, антиматерію можна було застосовувати для створення ракетного палива, адже, по суті, виходило б це паливо просто контакту антиматерії з будь-якою речовиною.
Загроза, що виходить від антиречовини
Як і багато відкриття, зроблені людиною, виявлення античастинок електрона і нуклонів може поставити людей перед серйозною загрозою. Всім відома потужність атомної бомби і руйнування, які вона здатна завдати. Але потужність вибуху при контакті речовини з антиречовиною є колосальною і у багато разів перевершує силу атомної бомби. Таким чином, якщо одного разу буде винайдена “антибомба”, то людство поставить себе на грань самознищення.
Які висновки можна зробити?
- Всесвіт складається з матерії і антиматерії.
- Античастки електрона і нуклонів називаються “позитрон” і “антинуклоны”.
- Античастки мають протилежний заряд.
- Зіткнення матерії і антиматерії призводить до анігіляції.
- Енергія анігіляції настільки велика, що може служити як на благо людині, так і загрожувати його існуванню.
