Kita hidup di alam semesta di mana terdapat banyak perkara dan, pada umumnya, tidak ada antimateri sama sekali. Dua pembaca kami ingin mengetahui apa itu antimateri, dan seorang ahli fizik memberi mereka jawapan untuk soalan ini.
Antimateri. Dari perkataan ini menarik buku dan filem menarik di mana penjahat mendapat bahan letupan dari antimateri atau kapal angkasa yang menggunakan bahan bakar seperti itu.
Tetapi apakah bahan ini - pada dasarnya, antimateri?
Pembaca Wiedenskub ingin mengetahui perkara ini dengan sangat mendalam. Mereka telah membaca beberapa artikel yang telah kami terbitkan mengenai eksperimen ahli fizik dengan antimateri, tetapi mereka ingin mengetahui lebih lanjut.
Pertama, kita mesti menjelaskan bahawa antimateri fizikal tidak boleh dikelirukan dengan antibodi yang diketahui oleh kita dari biologi dan perubatan. Di sana antibodi (juga disebut imunoglobulin) adalah sebatian protein khas, bahagian pertahanan tubuh terhadap penyakit. Mereka boleh mengikat molekul asing dan dengan itu melindungi tubuh daripada mikroorganisma dan virus.
Tetapi di sini kita tidak akan membincangkannya. Kami menghubungi seorang saintis dari dunia fizik: Nikolaj Zinner, seorang pensyarah di Jabatan Fizik dan Astronomi di Universiti Aarhus, dengan senang hati akan memberitahu kami mengenai antimateri.
Bahan dengan cas yang berlawanan
Video promosi:
"Semua zarah-zarah itu, seperti yang kita ketahui, ada di alam semula jadi, segala yang terdiri dari dunia kita, terdapat dalam varian dengan cas yang berlawanan. Ini antimateri, "kata Nikolai Sinner.
"Antimateri sama persis dan mempunyai jisim yang sama dengan bahan biasa, tetapi ia mempunyai muatan yang berlawanan. Contohnya, positron bermuatan positif mempunyai elektron bercas negatif. Positron adalah antipartikel elektron."
Oleh itu, tidak ada perkara yang tidak biasa mengenai antimateri. Ini hanya bahan dengan muatan yang berlawanan berbanding bahan di persekitaran yang biasanya kita dijumpai. Tetapi mengapa ada begitu sedikit hanya misteri, dan kita akan kembali kepada ini kemudian.
Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak menemui antimateri, tetapi terjadi dalam banyak situasi, misalnya, semasa peluruhan radioaktif, di bawah pengaruh radiasi kosmik dan dalam pemecut. Ia hilang dengan cepat sekali lagi. Apabila positron bertemu dengan elektron, hasilnya adalah tenaga tulen dalam bentuk dua zarah cahaya bertenaga tinggi - quanta.
Hilang dalam sekelip cahaya
"Inilah elektron dan positron, mereka mempunyai cas yang berlawanan, sehingga mereka menarik. Mereka boleh saling berdekatan, dan apabila ini berlaku, mereka bergabung dan membentuk dua foton. Ini adalah konsekuensi dari hukum alam, - kata Nikolai Sinner. "Jisim dua zarah diubah menjadi tenaga dalam bentuk dua zarah - kuanta radiasi gamma."
"Sekiranya anda mempunyai banyak antimateri, dan anda membiarkannya bersentuhan dengan benda biasa, anda akan menimbulkan reaksi yang sangat kuat. Dan sebaliknya: tenaga boleh diubah menjadi bahan dan antimateri, dan ini berlaku pada pemecut zarah."
Digunakan dalam pengimbas perubatan
Ini adalah fenomena ini, ketika pertemuan jirim dan antimateri menyebabkan hilangnya dan pembebasan tenaga, mungkin merupakan perkara pertama yang menarik perhatian para penulis fiksyen ilmiah.
Sebagai contoh, antimateri memainkan peranan penting dalam Dan Brown's Angels and Demons, dan di Star Trek, kapal antara bintang berjalan di antimateri.
Tetapi di dunia nyata, antimateri mempunyai aplikasi yang lebih damai.
Antimateri dalam bentuk positron dari pembusukan bahan radioaktif digunakan di hospital di pengimbas PET (tomografi pelepasan positron), yang dapat mengambil gambar organ dalaman dan mengesan proses yang tidak sihat di dalamnya.
“Jadi antimateri tidak begitu mistik. Ini adalah bahagian alam yang kita nikmati,”kata Nikolai Sinner.
Kami juga mendedahkan diri kepada antimateri dengan memakan pisang. Mereka mengandungi kalium, yang sedikit radioaktif dan membebaskan positron ketika terurai. Kira-kira setiap 75 minit, pisang memancarkan positron, yang bertabrakan dengan elektron dengan cepat, dan mereka berubah menjadi dua foton gamma.
Tetapi semua ini sama sekali tidak berbahaya. Untuk mendapatkan dos radiasi yang sesuai dengan apa yang kita dapatkan semasa mengambil sinar-X, kita harus mengambil beberapa ratus pisang.
Ia diramalkan sebelum penemuan itu
Anda dapat memahami apa itu antimateri jika anda melihat sejarah penemuannya. Menariknya, keberadaan antimateri diramalkan sebelum ia ditemui.
Pada tahun 1920-an, ternyata teori baru yang disebut mekanik kuantum sangat sesuai untuk menggambarkan zarah zat terkecil - atom dan zarah unsur. Tetapi tidak begitu mudah untuk menggabungkan mekanik kuantum dengan teori besar kedua abad ke-20, teori relativiti.
Ahli fizik muda Britain, Paul Dirac bergegas menyelesaikan masalah ini dan berjaya mendapatkan persamaan yang menggabungkan mekanik kuantum dengan relativiti khas.
Dengan bantuan persamaan ini, menjadi mungkin untuk menggambarkan pergerakan elektron, walaupun kelajuannya menghampiri kelajuan cahaya.
Tetapi persamaan itu memberikan kejutan. Dia mempunyai dua penyelesaian, seperti persamaan "x² = 4": x = 2 dan x = -2 ". Iaitu, bukan sahaja menggambarkan elektron yang terkenal, tetapi juga zarah lain - elektron dengan tenaga negatif.
Ditemui di sel Wilson
Kemudian mereka tidak mengetahui apa-apa mengenai zarah-zarah dengan tenaga negatif, dan Paul Dirac menafsirkan penemuannya sebagai berikut: mungkin ada zarah yang sama persis dengan elektron, kecuali cas yang berlawanan.
Sekiranya elektron mempunyai muatan negatif, maka mesti ada zarah yang sesuai dengan muatan positif. Menurut perhitungan, peraturan yang sama harus berlaku untuk semua zarah unsur, yaitu, secara umum, semua zarah yang membentuk dunia.
Oleh itu, perburuan anti-elektron bermula. Ahli fizik Amerika Carl Anderson menggunakan kamera kabus (aka kamera Wilson) untuk mengesan jejak zarah dari angkasa yang mempunyai jisim yang sama dengan elektron, tetapi dengan muatan yang berlawanan.
Ini adalah bagaimana antielektron Dirac ditemui, yang diberi nama positron - kependekan dari "positif elektron". Sejak saat itu, antipartikel baru ditemui selangkah demi selangkah.
Alam semesta adalah tenaga murni pada mulanya
Dirac mencadangkan bahawa bintang-bintang yang jauh - mungkin separuh dari semua yang kita lihat di langit - mungkin terdiri daripada antimateri, bukan masalah. Ini mengikuti, misalnya, dari ucapannya, yang dia berikan semasa menerima Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1933.
Tetapi hari ini kita tahu bahawa semua yang ada di alam semesta hanya terdiri daripada jirim, dan bukan dari antimateri. Dan ini benar-benar misteri, kerana pada awal kewujudan alam semesta seharusnya ada jumlah yang sama dari keduanya, jelas Nikolai Sinner.
"Sekiranya kita mula memutar balik pengembangan alam semesta, tenaga akan menjadi semakin banyak. Ketumpatan akan meningkat, suhu akan meningkat. Akhirnya, semuanya akan berubah menjadi tenaga murni - zarah yang membawa tenaga atau memaksa seperti foton. Ini adalah permulaan alam semesta, menurut teori kosmologi kami yang paling umum."
"Dan jika kita kembali maju dari titik referensi ini, maka pada suatu ketika tenaga harus mulai berubah menjadi jirim. Sangat mungkin untuk mencipta jirim dari tenaga tulen, tetapi dalam kes ini anda mendapat antimateri sebanyak bahan. Itulah masalahnya - anda mengharapkan jumlah yang sama dari keduanya."
"Harus ada beberapa hukum alam yang bertanggung jawab atas kenyataan bahawa hari ini ada lebih banyak masalah daripada antimateri. Dan tidak ada lagi yang boleh dikatakan mengenai ketidakseimbangan ini. Oleh itu, asimetri ini dapat dijelaskan."
Neutrinos akan membantu menyelesaikan teka-teki
Persoalan besarnya adalah di mana dalam hukum alam seseorang harus mencari alasan untuk kemenangan jirim berbanding antimateri. Ahli fizik cuba mengetahuinya melalui eksperimen.
Di Pusat Penyelidikan CERN di Switzerland, antimateri dihasilkan dan terperangkap dalam medan magnet, dan melalui satu siri eksperimen dengan antihidrogen, ahli fizik berusaha mencari jawapan kepada persoalan sama ada jirim dan antimateri adalah gambaran cermin yang tepat antara satu sama lain.
Mungkin masih ada perbezaan kecil di antara mereka, kecuali pengecualian, dan perbezaan ini akan membantu menjelaskan mengapa terdapat banyak perkara di alam semesta berbanding dengan antimateri.
Berjaya membuat antihelium
Oleh kerana antimateri sangat jarang dan cepat hilang ketika bertemu zat, tidak ada molekul antimateri di alam, dan hanya molekul terkecilnya yang dapat dibuat.
Pada tahun 2011, saintis Amerika berjaya mencipta antihelium. Tidak ada atom yang lebih besar.
Kami di Wiedenskab menulis banyak mengenai eksperimen ini, yang sejauh ini menunjukkan bahawa antimateri berperilaku dengan cara yang sama seperti materi, yang, misalnya, dijelaskan dalam artikel "Saintis Aarhus Melakukan Pengukuran Antihidrogen Paling Akurat dalam Sejarah". Dan, mungkin, menyelesaikan teka-teki ini akan membantu kita mencari zarah asas yang disebut neutrinos. Kami menulis tentang ini dalam artikel "Eksperimen ais akan mengungkap rahsia jirim."
Kami dapat berharap bahawa kami akan menemukan jawabannya dalam neutrino, kerana kami sudah tahu bahawa itu berperilaku aneh. Terdapat banyak jurang dalam bidang fizik di sini, jadi lebih baik untuk memulakan penggalian di sini,”kata Nikolai Sinner.
Antimateri itu sendiri bukan mistik, tetapi ahli fizik belum mengetahui mengapa terdapat lebih banyak perkara daripada antimateri di alam semesta sekarang. Mereka mengusahakan isu ini.
Henrik Bendix
