Bagaimana untuk terbang ke Mars dalam sebulan? Untuk melakukan ini, anda perlu memberi dorongan yang baik kepada kapal angkasa. Sayangnya, bahan bakar terbaik yang tersedia untuk manusia - nuklear memberikan dorongan khusus selama 3000 saat, dan penerbangan meluas selama berbulan-bulan. Tidak ada yang lebih bertenaga di tangan? Secara teorinya terdapat: peleburan termonuklear; ia memberikan dorongan ratusan ribu saat, dan penggunaan antimateri akan memberikan dorongan berjuta-juta saat.
Inti antimateri dibina dari antinukleon dan kulit luarnya terdiri daripada positron. Oleh kerana interaksi kuat terhadap konjugasi cas (C-invariance), antinukleus mempunyai spektrum jisim dan tenaga yang sama dengan nukleus, yang terdiri daripada nukleon yang sesuai, dan atom antimateri dan bahan mesti mempunyai struktur dan sifat kimia yang sama, dengan satu HO tunggal, perlanggaran objek, terdiri dari jirim, dengan objek antimateri menyebabkan pemusnahan zarah dan antipartikel yang termasuk dalam komposisi mereka.
Pemusnahan elektron dan positron lambat membawa kepada pembentukan gamma quanta, dan pemusnahan nukleon lambat dan antinukleon membawa kepada pembentukan beberapa pi-meson. Sebagai hasil daripada kerosakan meson berikutnya, terbentuk radiasi gamma keras dengan tenaga gamma quanta lebih dari 70 MeV.
Antielektron (positron) telah diramalkan oleh P. Dirac dan setelah itu ditemukan secara eksperimen di "pancuran" oleh P. Anderson, yang bahkan tidak mengetahui tentang ramalan Dirac pada masa itu. Penemuan ini dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1936. Antiproton ditemui pada tahun 1955 di Bevatron di Berkeley, yang juga dianugerahkan Hadiah Nobel. Pada tahun 1960, antineutron ditemui di sana. Dengan pengaktifan pemecut Serpukhov, ahli fizik kami juga berjaya maju dalam beberapa cara - pada tahun 1969 inti antihelium ditemui di sana. Tetapi atom antimateri tidak dapat diperoleh. Terus terang, sepanjang keberadaan pemecut, antipartikel telah menerima jumlah yang dapat diabaikan - semua antiproton yang disintesis di CERN dalam setahun akan cukup untuk mengoperasikan satu mentol elektrik selama beberapa saat.
Mesej pertama mengenai sintesis sembilan atom antimateri - antihidrogen dalam kerangka projek ATRAP (CERN) muncul pada tahun 1995. Setelah wujud selama kira-kira 40 ns, atom-atom tunggal ini mati, melepaskan jumlah radiasi yang ditetapkan (yang direkodkan). Matlamatnya jelas dan membenarkan usaha, tugas-tugas telah ditentukan, dan pada tahun 1997, berhampiran Geneva, berkat bantuan kewangan antarabangsa, CERN memulakan pembinaan alat pemecah (jangan kita menerjemahkannya dengan setara "inhibitor"), yang memungkinkan untuk melambatkan antiproton ("sejuk") kembali sepuluh juta kali berbanding pemasangan 1995. Peranti ini, yang disebut Antiproton Moderator (AD), mula beroperasi pada bulan Februari 2002.
Penyediaan - setelah antiproton meninggalkan cincin yang perlahan - terdiri daripada empat bahagian utama: perangkap untuk memerangkap antiproton, cincin penyimpanan positron, perangkap pencampuran, dan pengesan antihidrogen. Fluks antiproton pertama kali diperlahankan oleh radiasi gelombang mikro, kemudian disejukkan sebagai hasil pertukaran haba dengan fluks elektron bertenaga rendah, setelah itu jatuh ke dalam perangkap - pengadun, di mana ia berada pada suhu 15 K. Peranti penyimpanan positron berturut-turut melambatkan, menangkap dan mengumpulkan positron dari sumber radioaktif; kira-kira separuh daripadanya jatuh ke dalam perangkap pencampuran, di mana mereka juga disejukkan oleh sinaran sinkron. Semua ini diperlukan untuk meningkatkan kebarangkalian pembentukan atom antihidrogen dengan ketara.
Di Antiproton Moderator, persaingan sengit antara dua kumpulan saintis, peserta dalam eksperimen ATHENA (39 saintis dari pelbagai negara di dunia) dan ATRAP, bermula.
Dalam Nature 2002, jilid 419, hal. 439, ibid hal 456), yang diterbitkan pada 3 Oktober 2002, eksperimen ATHENA mendakwa bahawa mereka telah berjaya menghasilkan 50.000 atom antimateri - antihidrogen. Kehadiran atom antimateri dicatat pada saat pemusnahannya, yang dibuktikan oleh persimpangan pada satu titik jejak dua kuanta keras yang terbentuk semasa pemusnahan elektron-positron, dan jejak pion yang dihasilkan dari pemusnahan antiproton dan proton. "Potret" antimateri pertama (foto pada awal) diperoleh - gambar komputer yang disintesis dari titik sedemikian. Oleh kerana hanya atom-atom yang "tergelincir" dari perangkap itu dimusnahkan (dan hanya ada 130 daripadanya dapat dihitung dengan pasti), 50.000 atom antihidrogen yang dinyatakan hanya membuat latar belakang "potret" yang tidak dapat dilihat.
Video promosi:
Masalahnya ialah pemusnahan antihidrogen dicatatkan dengan latar belakang positif dan pemusnahan antiproton. Ini, secara semula jadi, menimbulkan keraguan yang sihat di kalangan rakan sekerja dari projek bersebelahan ATRAP. Mereka, pada gilirannya, setelah mensintesis antihidrogen di kemudahan yang sama, dapat mendaftarkan atom antihidrogen dengan bantuan perangkap magnet kompleks tanpa isyarat latar belakang. Atom antihidrogen yang terbentuk dalam eksperimen menjadi elektrik elektrik dan, tidak seperti positron dan antiproton, dengan bebas dapat meninggalkan kawasan di mana zarah-zarah terisi dibatasi. Di sana, tanpa latar belakang, mereka didaftarkan.
Dianggarkan kira-kira 170.000 atom antihidrogen terbentuk di dalam perangkap, seperti yang dilaporkan para penyelidik dalam sebuah artikel yang diterbitkan dalam Physical Review Letters.
Dan ini sudah berjaya. Sekarang jumlah antihidrogen yang diterima mungkin cukup untuk mengkaji sifatnya. Untuk atom antihidrogen, misalnya, dicadangkan untuk mengukur frekuensi peralihan elektronik 1s-2s (dari keadaan tanah ke keadaan teruja pertama) dengan kaedah spektroskopi laser resolusi tinggi. (Kekerapan peralihan ini dalam hidrogen diketahui dengan ketepatan 1.8 · 10–14 - tidak semestinya hidrogen maser dianggap sebagai standard frekuensi.) Menurut teori, mereka mesti sama seperti pada hidrogen biasa. Sekiranya, misalnya, spektrum penyerapan ternyata berbeza, maka anda harus membuat penyesuaian terhadap asas asas fizik moden.
Tetapi minat terhadap antimateri - antimateri bukanlah teori semata-mata. Enjin antimateri dapat berfungsi, sebagai contoh, seperti berikut. Pertama, dua awan dari beberapa trilion antiproton diciptakan, yang dijauhkan daripada menyentuh bahan oleh perangkap elektromagnetik. Kemudian zarah bahan bakar 42 nanogram disuntik di antara mereka. Ini adalah kapsul uranium-238 yang mengandungi campuran deuterium dan helium-3, atau deuterium dan tritium.
Antiproton dengan cepat memusnahkan inti uranium dan menyebabkannya terurai menjadi serpihan. Fragmen ini, bersama dengan gamma quanta yang dihasilkan, memanaskan bahagian dalam kapsul sehingga tindak balas termonuklear bermula di sana. Produknya, yang mempunyai tenaga yang luar biasa, dipercepat oleh medan magnet dan melarikan diri melalui muncung mesin, memberikan daya angkasa kapal angkasa yang terdengar.
Bagi penerbangan ke Mars dalam satu bulan, ahli fizik Amerika mengesyorkan menggunakan teknologi lain untuk itu - pembelahan nuklear yang dikatalisis oleh antiproton. Kemudian keseluruhan penerbangan akan memerlukan 140 nanogram antiproton, tidak termasuk bahan bakar radioaktif.
Pengukuran baru yang dilakukan di Pusat Penyelidikan Stanford (California), di mana pemecut partikel linier dipasang, telah memungkinkan para saintis membuat kemajuan dalam menjawab persoalan mengapa jirim berlaku terhadap antimateri di alam semesta.
Hasil eksperimen mengesahkan andaian awal mengenai perkembangan ketidakseimbangan entiti bertentangan ini. Walau bagaimanapun, para saintis mengatakan bahawa kajian yang dijalankan menimbulkan lebih banyak pertanyaan daripada jawapan: eksperimen dengan pemecut tidak dapat memberikan penjelasan lengkap mengapa terdapat begitu banyak jirim di ruang angkasa - berbilion galaksi yang dipenuhi bintang dan planet.
Para saintis yang bekerja dengan pemecut mengukur parameter yang dikenal sebagai sinus dua beta (0,74 plus atau minus 0,07). Penunjuk ini menggambarkan tahap asimetri antara jirim dan antimateri.
Sebagai hasil dari Big Bang, jumlah bahan dan antimateri yang sama seharusnya terbentuk, yang kemudian memusnahkan dan tidak meninggalkan tenaga. Namun, alam semesta yang kita amati adalah bukti yang tidak dapat dipertikaikan mengenai kemenangan jirim ke atas antimateri.
Untuk memahami bagaimana ini boleh berlaku, ahli fizik melihat kesan yang disebut pelanggaran kesetaraan caj. Untuk melihat kesan ini, para saintis mengkaji B-meson dan anti-B-meson, zarah dengan jangka hayat yang sangat pendek - trilion sesaat.
Perbezaan tingkah laku zarah-zarah yang bertentangan ini menunjukkan perbezaan antara jirim dan antimateri dan sebahagiannya menjelaskan mengapa satu mengatasi yang lain. Berjuta-juta meson B dan anti-B-meson yang diperlukan untuk eksperimen ini terbentuk akibat perlanggaran pada pemecut pancaran elektron dan positron. Hasil pertama, yang diperoleh pada tahun 2001, jelas menunjukkan pelanggaran persamaan caj untuk B-meson.
"Ini adalah penemuan penting, tetapi banyak data masih perlu dikumpulkan untuk mengesahkan sinus dua beta sebagai pemalar asas dalam fizik kuantum," kata Stewart Smith dari Princeton University. "Hasil baru diumumkan setelah tiga tahun penelitian dan analisis intensif 88 juta peristiwa."
Pengukuran baru sesuai dengan apa yang disebut "model standard", yang menerangkan unsur zarah dan interaksinya. Tahap pelanggaran kesamaan caj yang disahkan sahaja tidak mencukupi untuk menjelaskan ketidakseimbangan jirim dan antimateri di alam semesta.
"Rupa-rupanya, sebagai tambahan kepada ketidaksamaan caj, sesuatu yang lain terjadi, yang menyebabkan dominasi jirim berubah menjadi bintang, planet dan organisma hidup," komentar Hassan Jawahery, seorang staf University of Maryland. "Di masa depan, kita mungkin dapat memahami proses tersembunyi ini dan menjawab persoalan tentang apa yang membawa alam semesta ke keadaannya sekarang dan ini akan menjadi penemuan yang paling menarik."
