En av de mest intressanta uppgifterna som modern vetenskap står inför är att reda ut universums mysterier. Det är känt att allt i världen består av materia eller substans. Men enligt forskarnas antaganden, i ögonblicket av Big Bang, bildades inte bara ämnet som utgör alla föremål i den omgivande världen, utan också den så kallade antimateria, antimateria och, därför, antipartiklar av matter.
Elektronens antipartikel
Den första antipartikeln vars existens förutspåddes och sedan vetenskapligt bevisades var positronen.
För att förstå ursprunget till denna antipartikel är det värt att hänvisa till atomens struktur. Det är känt att en atoms kärna innehåller protoner (positivt laddade partiklar) och neutroner (partiklar som inte har en laddning). Elektroner cirkulerar i dess banor – partiklar med negativ elektrisk laddning.
Positron är elektronens antipartikel. Den har en positiv laddning. I fysiken ser symbolen för en positron ut så här: e+ (symbolen som används för att beteckna en elektron äre-). Denna antipartikel uppträder som ett resultat av radioaktivt sönderfall.
Hur skiljer sig en positron från en proton?
Positronens laddning är positiv, så skillnaden mellan elektronen och neutronen är uppenbar. Men protonen har, till skillnad från elektronen och neutronen, också en positiv laddning. Vissa människor gör misstaget att tro att en positron och en proton i grunden är samma sak.
Skillnaden är att en proton är en partikel, en del av ämnet, materia som utgör vår värld, som är en del av varje atomkärna. Positronen är elektronens antipartikel. Det har ingenting med protonen att göra, förutom en positiv laddning.
Vem upptäckte positronen?
För första gången föreslogs existensen av positronen av den engelske fysikern Paul Dirac 1928. Hans hypotes var att en antipartikel med positiv laddning motsvarar elektronen. Dessutom föreslog Dirac att efter att ha träffats skulle båda partiklarna försvinna och frigöra en stor mängd energi i processen. En annan av hans hypoteser var att det finns en omvänd process där en elektron och en partikel uppträder som är omvända till den. Bilden visar spåren av en elektron och dess antipartiklar
Flera år senare upptäckte fysikern Carl Anderson (USA), som fotograferade partiklar med en molnkammare och studerade deras spår, spår av partiklar som liknar elektroner. Men spåren hade en omvänd krökning från magnetfältet. Därför var deras laddning positiv. Förhållandet mellan partikelladdning och massa var detsamma som för en elektron. Således bekräftades Diracs teori experimentellt. Andersson gavDenna antipartikel kallas positron. För sin upptäckt tilldelades vetenskapsmannen Nobelpriset i fysik.
Det kopplade systemet av elektron och positron kallas "positronium".
Annihilation
Termen "förintelse" översätts som "försvinnande" eller "förstörelse". När Paul Dirac föreslog att partikelelektronen och elektronens antipartikel skulle försvinna i en kollision, var det deras förintelse som avsågs. Med andra ord beskriver denna term processen av interaktion mellan materia och antimateria, vilket leder till deras ömsesidiga försvinnande och frigörande av energiresurser under denna process. Som sådan sker inte förstörelsen av materia, den börjar bara existera i en annan form.
Under kollisionen mellan en elektron och en positron produceras fotoner - kvanta av elektromagnetisk strålning. De har varken laddning eller vilomassa.
Det finns också en omvänd process som kallas "ett pars födelse". I det här fallet uppträder partikeln och antipartikeln som ett resultat av elektromagnetisk eller annan interaktion.
Även när en positron och en elektron kolliderar frigörs energi. Det räcker att föreställa sig vad kollisionen mellan många partiklar och antipartiklar kommer att leda till. Förintelsens energipotential för mänskligheten är ovärderlig.
Antiproton och antineutron
Det är logiskt att anta att eftersom elektronens antipartikel finns i naturen så borde andra fundamentala partiklarhar antipartiklar. Antiprotonen och antineutronen upptäcktes 1955 respektive 1956. En antiproton har en negativ laddning, en antineutron har ingen laddning. Öppna antipartiklar kallas antinukleoner. Antimateria har alltså följande form: atomernas kärnor består av antinukleoner och positroner kretsar runt kärnan.
År 1969 erhölls den första isotopen av antihelium i USSR.
År 1995 utvecklades antiväte vid CERN (det europeiska kärnforskningslaboratoriet).
Att få antimateria och dess betydelse
Som det sades kan antipartiklarna från elektronen, protonen och neutronen förintas med sina ursprungliga partiklar och generera energi under kollisionen. Därför är studiet av dessa fenomen av stor betydelse för olika vetenskapsområden.
Att få fram antimateria är en extremt lång, mödosam och kostsam process. För detta byggs speciella partikelacceleratorer och magnetfällor, som ska hålla kvar den resulterande antimateria. Antimateria är det dyraste ämnet hittills.
Om produktionen av antimateria kunde sättas igång, skulle mänskligheten förses med energi i många år. Dessutom skulle antimateria kunna användas för att skapa raketbränsle, eftersom detta bränsle i själva verket skulle ha erhållits helt enkelt genom kontakt av antimateria med vilket ämne som helst.
Antimateriahot
Liksom många upptäckter gjorda av människan kan upptäckten av elektron- och nukleonantipartiklar ge människorett allvarligt hot. Alla känner till kraften i atombomben och den förstörelse den kan orsaka. Men kraften i explosionen under materias kontakt med antimateria är kolossal och många gånger större än kraften hos en atombomb. Således, om en "antibomb" uppfinns en dag, kommer mänskligheten att sätta sig själv på randen av självförstörelse.
Vilka slutsatser kan vi dra?
- Universum består av materia och antimateria.
- Elektronens och nukleonernas antipartiklar kallas "positron" och "antinukleoner".
- Antipartiklar har motsatt laddning.
- Kollisionen mellan materia och antimateria leder till förintelse.
- Förintelsens energi är så stor att den både kan tjäna en persons fördel och hota hans existens.
