Antimateri telah lama menjadi subjek fiksyen sains. Dalam buku dan filem, Angels and Demons, Profesor Langdon cuba menyelamatkan Vatikan dari bom antimateri. Kapal angkasa Star Trek Enterprise menggunakan mesin antimateri yang memusnahkan untuk bergerak lebih pantas daripada kelajuan cahaya. Tetapi antimateri juga merupakan objek realiti kita. Zarah-zarah antimateri hampir sama dengan rakan bahannya, kecuali bahawa ia membawa muatan dan putaran yang berlawanan. Apabila antimateri bertemu dengan bahan, mereka langsung memusnahkan tenaga, dan ini bukan lagi fiksyen.
Walaupun bom antimateri dan kapal berdasarkan bahan bakar yang sama belum dapat dilaksanakan dalam praktiknya, terdapat banyak fakta mengenai antimateri yang akan mengejutkan anda atau membolehkan anda menyegarkan ingatan anda tentang apa yang sudah anda ketahui.
1. Antimateri seharusnya menghancurkan semua jirim di alam semesta selepas Big Bang
Menurut teorinya, Big Bang melahirkan jirim dan antimateri dalam jumlah yang sama. Ketika mereka bertemu, ada musnah bersama, pemusnahan, dan hanya tinggal tenaga murni. Berdasarkan ini, kita seharusnya tidak wujud.
Tetapi kita memang ada. Dan sejauh yang diketahui oleh ahli fizik, ini kerana bagi setiap bilion pasangan bahan-antimateri, ada satu zarah zat tambahan. Ahli fizik berusaha sebaik mungkin untuk menjelaskan asimetri ini.
Video promosi:
2. Antimateri lebih dekat dengan anda daripada yang anda fikirkan
Sejumlah kecil antimateri terus turun di Bumi dalam bentuk sinar kosmik, zarah tenaga dari angkasa. Zarah-zarah antimateri ini mencapai atmosfer kita pada tahap antara satu hingga lebih dari seratus per meter persegi. Para saintis juga mempunyai bukti bahawa antimateri dihasilkan semasa ribut petir.
Terdapat sumber antimateri lain yang lebih dekat dengan kita. Pisang, misalnya, menghasilkan antimateri dengan memancarkan satu positron - setara antimateri elektron - kira-kira sekali setiap 75 minit. Ini kerana pisang mengandung kalium-40 dalam jumlah kecil, isotop kalium yang berlaku secara semula jadi. Apabila kalium-40 mereput, positron kadang-kadang dilahirkan.
Tubuh kita juga mengandungi kalium-40, yang bermaksud anda juga mengeluarkan positron. Antimateri dapat dimusnahkan seketika apabila terkena jirim, jadi zarah antimateri ini tidak bertahan lama.
3. Manusia berjaya mencipta antimateri yang sangat sedikit
Pemusnahan antimateri dan bahan berpotensi membebaskan sejumlah besar tenaga. Satu gram antimateri dapat menghasilkan letupan sebesar bom nuklear. Namun, manusia belum menghasilkan banyak antimateri, jadi tidak ada yang perlu ditakuti.
Semua antiproton yang dibuat pada pemecut zarah Tevatron di Fermi Laboratories dengan berat hampir 15 nanogram. CERN hanya menghasilkan kira-kira 1 nanogram setakat ini. Di DESY di Jerman - tidak lebih dari 2 nanogram positron.
Sekiranya semua antimateri yang diciptakan manusia musnah serta merta, tenaganya tidak akan cukup untuk merebus secawan teh.
Masalahnya terletak pada kecekapan dan kos menghasilkan dan menyimpan antimateri. Pembuatan 1 gram antimateri memerlukan sekitar 25 juta bilion kilowatt-jam tenaga dan menelan belanja lebih dari satu juta bilion dolar. Tidak menghairankan, antimateri kadangkala disenaraikan sebagai salah satu daripada sepuluh bahan termahal di dunia kita.
4. Terdapat seperti perangkap antimateri
Untuk mengkaji antimateri, anda perlu menghalangnya daripada memusnahkan bahan. Para saintis telah menemui beberapa cara untuk melakukan ini.
Zarah antimateri yang dicas seperti positron dan antiproton dapat disimpan dalam perangkap Penning. Mereka seperti pemecut zarah kecil. Di dalamnya, zarah-zarah bergerak dalam lingkaran dan medan magnet dan elektrik menghalangnya daripada bertembung dengan dinding perangkap.
Walau bagaimanapun, perangkap Penning tidak berfungsi untuk zarah-zarah neutral seperti antihidrogen. Oleh kerana mereka tidak mempunyai cas, zarah-zarah ini tidak boleh terbatas pada medan elektrik. Mereka terperangkap dalam perangkap Ioffe, yang berfungsi dengan mewujudkan kawasan ruang di mana medan magnet menjadi lebih besar ke semua arah. Zarah antimateri tersekat di kawasan dengan medan magnet yang paling lemah.
Medan magnet Bumi boleh bertindak sebagai perangkap untuk antimateri. Antiproton dijumpai di zon tertentu di sekitar Bumi - tali pinggang radiasi Van Allen.
5. Antimateri boleh jatuh (dalam arti harfiah perkataan)
Zarah zat dan antimateri mempunyai jisim yang sama, tetapi berbeza sifatnya seperti cas elektrik dan putaran. Model Piawai meramalkan bahawa graviti harus bertindak sama pada jirim dan antimateri, tetapi ini mesti dilihat dengan pasti. Eksperimen seperti AEGIS, ALPHA dan GBAR sedang mengusahakannya.
Memerhatikan kesan graviti pada contoh antimateri tidak semudah melihat sebiji epal yang jatuh dari sebatang pokok. Eksperimen ini memerlukan memerangkap antimateri atau memperlahankannya dengan menyejukkan ke suhu tepat di atas sifar mutlak. Dan kerana graviti adalah kekuatan asas yang paling lemah, ahli fizik mesti menggunakan zarah antimateri neutral dalam eksperimen ini untuk mengelakkan interaksi dengan daya elektrik yang lebih kuat.
6. Antimateri dikaji dalam moderator zarah
Adakah anda pernah mendengar tentang pecutan zarah dan pernahkah anda mendengar tentang perangsang zarah? Di CERN, ada mesin yang disebut Antiproton Decelerator, di mana antiproton ditangkap dan diperlahankan untuk mempelajari sifat dan tingkah laku mereka.
Dalam pemecut partikel cincin seperti Large Hadron Collider, zarah mendapat dorongan yang bertenaga setiap kali melengkapkan bulatan. Retarder bekerja dengan cara yang berlawanan: bukannya mempercepat partikel, mereka ditolak ke arah yang berlawanan.
7. Neutrinos boleh menjadi antipartikel mereka sendiri
Zarah zarah dan rakan antimaterialnya membawa caj yang berlawanan, yang memudahkan untuk membezakan antara keduanya. Neutrinos, zarah hampir tanpa massa yang jarang berinteraksi dengan jirim, tidak mempunyai cas. Para saintis percaya bahawa mereka mungkin zarah Majorana, kelas zarah hipotesis yang merupakan antipartikel mereka sendiri.
Projek seperti Majorana Demonstrator dan EXO-200 bertujuan untuk menentukan sama ada neutrino memang zarah Majorana dengan memerhatikan tingkah laku pelanggaran beta ganda yang disebut neutrinoless.
Beberapa inti radioaktif mereput secara serentak, memancarkan dua elektron dan dua neutrino. Sekiranya neutrino adalah antipartikel mereka sendiri, mereka akan musnah setelah kerosakan dua kali, dan saintis hanya perlu memerhatikan elektron.
Pencarian neutrino Majorana dapat membantu menjelaskan mengapa asimetri antimateri wujud. Ahli fizik menunjukkan bahawa neutrino Majorana boleh menjadi berat atau ringan. Paru-paru ada pada zaman kita, dan yang berat wujud sejurus selepas Big Bang. Neutrinos Majorana yang berat membusuk secara tidak simetri, menyebabkan kemunculan sejumlah kecil bahan yang memenuhi alam semesta kita.
8. Antimateri digunakan dalam perubatan
PET, PET (Topografi Pelepasan Positron) menggunakan positron untuk menghasilkan gambar badan beresolusi tinggi. Isotop radioaktif yang mengeluarkan positron (seperti yang terdapat di pisang) melekat pada bahan kimia seperti glukosa di dalam badan. Mereka disuntik ke dalam aliran darah di mana mereka merosot secara semula jadi, memancarkan positron. Ini, pada gilirannya, bertemu dengan elektron badan dan memusnahkan. Pemusnahan menghasilkan sinar gamma yang digunakan untuk membina gambar.
Para saintis dari projek ACE di CERN sedang mengkaji antimateri sebagai calon berpotensi untuk rawatan barah. Doktor telah mengetahui bahawa mereka dapat mengarahkan sinar zarah ke tumor, memancarkan tenaga mereka hanya setelah mereka selamat melalui tisu yang sihat. Menggunakan antiproton akan menambahkan tenaga tambahan. Teknik ini terbukti berkesan dalam merawat hamster, tetapi belum diuji pada manusia.
9. Antimateri boleh bersembunyi di ruang angkasa
Salah satu cara para saintis berusaha menyelesaikan masalah asimetri jirim-antimateri adalah dengan mencari antimateri yang tersisa dari Big Bang.
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) adalah pengesan zarah yang terletak di Stesen Angkasa Antarabangsa dan mencari zarah seperti itu. AMS mengandungi medan magnet yang membengkokkan jalur zarah kosmik dan memisahkan jirim dari antimateri. Pengesannya mesti mengesan dan mengenal pasti zarah-zarah tersebut semasa ia melintas.
Pelanggaran sinar kosmik biasanya menghasilkan positron dan antiproton, tetapi peluang untuk membuat atom antihelium tetap sangat kecil kerana banyaknya tenaga yang diperlukan untuk proses ini. Ini bermaksud bahawa pemerhatian sekurang-kurangnya satu inti antihelium akan menjadi bukti kuat mengenai keberadaan sejumlah besar antimateri di tempat lain di alam semesta.
10. Orang sebenarnya belajar bagaimana melengkapkan bahan bakar antimateri kapal angkasa, Antimateri yang sangat sedikit dapat menghasilkan sejumlah besar tenaga, menjadikannya bahan bakar yang popular untuk kapal fiksyen sains futuristik.
Penggerak roket antimateri mungkin secara hipotesis; batasan utama adalah mengumpulkan antimateri yang mencukupi untuk mewujudkannya.
Belum ada teknologi untuk pengeluaran besar-besaran atau pengumpulan antimateri dalam jumlah yang diperlukan untuk aplikasi tersebut. Namun, saintis berusaha meniru pergerakan dan penyimpanan antimateri ini. Suatu hari, jika kita dapat mencari cara untuk menghasilkan sejumlah besar antimateri, penyelidikan mereka dapat membantu perjalanan antara bintang menjadi kenyataan.
Berdasarkan bahan dari symmetrymagazine.org
ILYA KHEL
