У фізиці та хімії антиматерія – це речовина, яка складається з античастинок, тобто з антипротона (протон з негативним електричним зарядом) і з антиэлектрона (електрон з позитивним електричним зарядом). Антипротон і антиэлектрон утворюють атоми антиматерії подібно до того, як електрон і протон утворюють атом водню.
Загальне поняття про матерії і антиматерії
Кожен знає відповідь на питання про те, що таке матерія, тобто це субстанція, яка складається з молекул і атомів. Самі атоми, в свою чергу, складаються з електронів і ядер, утворених протонами і нейтронами. Розуміння питання, що таке матерія, дає можливість зрозуміти, що таке антиматерія. Під нею розуміється субстанція, складові частинки якої мають протилежний електричний заряд. У разі пари нейтрон-антинейтрон їх заряди дорівнюють нулю, але магнітні моменти спрямовані протилежно.
Основна властивість антиматерії – це її здатність до анігіляції при зустрічі зі звичайною матерією. В результаті контакту цих субстанцій маса зникає і повністю переводиться в енергію. Згідно космічної теорії, у Всесвіті існує рівну кількість матерії і антиматерії, цей факт випливає з теоретичних міркувань. Однак ці субстанції розділені між собою величезними відстанями, оскільки будь-яка їхня зустріч призводить до грандіозних космічних феноменів знищення матерії.
Історія відкриття антиматерії
Антиматерія була відкрита в 1932 році північноамериканським фізиком Карлом Андерсеном, який вивчав космічні промені і зміг виявити позитрон (античастинка до електрона). Завдяки цьому відкриття він отримав Нобелівську премію в 1936 році. Згодом були експериментально відкриті антипротоны. Це сталося в 2006 році завдяки запуску супутника “Памела”, місією якого було вивчення частинок, що випускаються Сонцем.
Згодом людство навчилося самостійно створювати антиматерію. В результаті багатьох експериментів було показано, що зіткнення матерії і антиматерії знищує обидві субстанції і породжує гамма-промені. Ці експериментальні висновки були передбачені ще Альбертом Ейнштейном.
Використання антиматерії
Де може бути використана антиматерія? В першу чергу антиматерія – це відмінне паливо. Всього одна крапля антиречовини здатна дати енергію, якої буде достатньо для енергозабезпечення великого міста протягом доби. Крім того, це джерело енергії є екологічно чистим.
В області медицини основне використання антиматерії – це томографія позитронного випромінювання. Гамма-промені, які виникають в результаті анігіляції речовини і антиречовини, використовуються для виявлення ракових пухлин в організмі. Також використовують антиречовину в терапії проти ракових захворювань. В даний час ведуться дослідження з використання антипротонів для повного знищення ракових тканин.
Скільки коштує грам антиматерії та де її зберігати?
Виробництво антиматерії з допомогою прискорювачів елементарних частинок вимагає величезних енергетичних затрат. Крім того, антиматерію важко зберігати, оскільки вона при будь-якому контакті із звичайною речовиною самознищується. Тому зберігають її в сильних електромагнітних полях, які також вимагають великих енергетичних витрат на їх створення і підтримка.
У зв’язку з вищесказаним можна зробити висновок, що антиматерія є найдорожчою субстанцією на землі. Її грам оцінюється в 62,5 мільярда доларів США. За іншими оцінками, наданими ЦЕРН, щоб створити одну мільярдну грама антиречовини, необхідно затратити кілька сотень мільйонів швейцарських франків.
Космос – джерело антиматерії
На даному етапі розвитку технологій штучне створення антиматерії – це низькоефективний і витратний спосіб. Зважаючи на це, вчені з НАСА планують збирати магнітними полями антиматерію в пояс Ван Аллена Землі. Цей пояс знаходиться на висоті декількох сотень кілометрів над поверхнею нашої планети і має товщину в декілька тисяч кілометрів. Ця область космосу містить велику кількість антипротонів, які утворюються в результаті реакцій елементарних частинок, викликаних зіткненнями космічних променів у верхніх шарах атмосфери Землі. У поясі Ван Аллена кількість звичайної матерії, невелика, тому антипротоны можуть існувати в ньому досить тривалий час.
Інше джерело антиречовини – це аналогічні радіаційні пояси навколо планет-гігантів Сонячної системи: Юпітера, Сатурна, Нептуна і Урана. Особливу увагу вчені приділяють Сатурну, який, на їх думку, повинен виробляти велику кількість антипротонів, що виникають у результаті взаємодії заряджених космічних частинок з крижаними кільцями планети.
Також ведуться роботи в напрямку більш економного зберігання антиречовини. Так, професор Масакі Горі (Masaki Hori) заявив про розробленому методі утримання антипротонів з допомогою радіочастот, що, за його словами, дозволить значно скоротити розміри контейнера для антиматерії.
