събота, ноември 03, 2007

Най-странните неща във Вселената: антиматерия

В продължение на 10 седмици ще ви запозная малко по-подробно с всяко едно от явленията и обектите, включени в анкетата на space.com. Можете да гласувате за вашите фаворити тук :)

Тази събота е денят на антиматерията. Тя е била обект на публикации тук, в които малко или много става ясно какво представлява: "Антиматерията" и "Частици - античастици".

История

Историята на антиматерията започва през 1928 г. Тогава младият физик Пол Дирак извежда едно математическо уравнение, с което обединява наскоро откритите квантова теория със специалната теория на относителността (и печели Нобеловата награда през 1933 г). Новото уравнение обаче имало две решения — едното с отрицателен електрон, другото с положителен електрон — и Дирак обяснил това със съществуването на изцяло нова Вселена, изградена от антиматерия. В началото на 1930-те положителният електрон (позитрон) бил и експериментално открит, а повече от 20 години по-късно открили и антипротона и антинеутрона. Оказало се, че античастиците могат да образуват антиатоми (антиматерия; всъщност това откритие е от неотдавна). Днес има научен консенсус за това, че Вселената ни е една и е изградена почти изцяло от материя (няма "атнивселена"). Смята се, че в началото са се образували равни количества материя-антиматерия, но поради неясна причина материята е надделяла и днес светът ни е изграден предимно от нея.

Приложения

Все пак има и антиматерия, при това тя се използва например при т.нар. Positron Emission Tomography (PET scan), където от радиоактивен разпад на инжектирана в пациент специална течност се образуват позитрони, които анихилират с близки електрони, отделят се гама-фотони и така може да се проследи как работи мозъкът.

При анихилация на материя и антиматерия се отделя голямо количество енергия. Смята се, че този процес би бил най-ефективният източник на енергия, поради което в американската стратегическа програма от 80-те "Звездни войни" има няколко проекти, в които се предвижда употребата на антиматерия като гориво за ракети и въоръжени космически платформи. На сегашното ниво на технологично развитие обаче това е невъзможно, защото методите за добиване на антиматерия са крайно неефективни и скъпи.

Още една идея за употреба е използването на анихилацията като оръжие. Това е най-страховитото приложение и дано не станем свидетели на подобно нещо.

________
Източник: Antimatter:Mirror of the Universe, Live from CERN
Изображения: CERN, Wikipedia, NASA

12 коментара:

  1. Анонимен3/11/07 20:07

    Сигурен ли си в превода си? Сигурен ли си, че говориш за "антиматерия"? Защото ми се струва, че нещо се бъркаш!

    ОтговорИзтриване
  2. Горе долу съм сигурен в превода, но ще ми помогнеш ако кажеш къде точно се съмняваш. Може и да съм сбъркал някъде все пак.

    ОтговорИзтриване
  3. Много правилно си го превел - да, става въпрос точно за "антиматерия". Чел съм и други статии по този повод и това е приетият термин, който използват навсякъде.

    ОтговорИзтриване
  4. А знаеш ли повече относно това защо учените смятат, че в началото на образуването на вселената материята и антиматерията са били еднакви по количество?

    ОтговорИзтриване
  5. Ами откакто се произвежда антиматерия в лабораторни условия (в ускорителите), повече от 50 години вече, никога не са успели да създадат само антиматерия. Винаги се получават двойка частица-античастица. Предполага се, че и при Големия взрив са се образували едновременно частици и античастици, което значи, че трябва да са били по равно.

    ОтговорИзтриване
  6. Анонимен4/9/08 22:36

    Създаването на 1 грам антиматария струва над 1 милярд долара, но с енергията от този грам можеш да караш кола около 100 000 години.

    ОтговорИзтриване
  7. Анонимен9/9/08 16:16

    Като става дума за антиметерия искам да запитам.....антикварките антиматерия ли са и ако са как е възможно съществуването на частици като мезоните.

    ОтговорИзтриване
  8. Да, антикварките са антиматерия. А мезоните са много нестабилни и се разпадат почти веднага след като се образуват.

    ОтговорИзтриване
  9. Анонимен10/9/08 23:45

    а как се разпадат..... отново на кварк и антикварк или анихилират?
    .... и вобще възможни ли са други структури между материя и антиметерия които да съществуват макар и много кратко без да анихилират?

    ОтговорИзтриване
  10. Съставните частици, наречени адрони, се делят на бариони и мезони.

    Барионите са изградени от три кварка или три антикварка, и изграждат материята (протони, неутрони).
    Мезоните са изградени от двойки кварк и антикварк, и са отговорни за силното взаимодействие.

    Следователно само при мезоните може да има анихилация. За да анихилират обаче трябва кваркът и антикваркът в тях да са от един и същ вид (flavor; кварките са общо 12: up, down, charm, strange, top, bottom и съответните им антикварки). При повечето мезони те не са от един и същи вид, затова при тях не се наблюдава анихилация. Те пак са нестабилни, но причините са други. Разпадат се предимно до други мезони или до лептони.
    Пример: пион pi+: състои се от up и antidown кварки, живот 2.6x10^-8 s, разпада се на антимюон и мюонно неутрино (това са лептони).

    При онези мезони, които са изградени от кварк и антикварк от един и същи вид, се наблюдава анихилация. Тя не е мигновенна обаче. За известно време тези мезони съществуват и могат да бъдат изучени. Разпадат се до фотони (т.е. гама лъчи - анихилация).
    Пример: пион pi0: състои се от комбинация от две групи up-antiup и down-antidown кварки, живот 8.4х10^-17 s, след анихилация се отделят 2 фотона (т.е. гама лъчи; поне в 99% от случаите; макар и рядко може да се разпадне до лептон и антилептон).

    Забележи как pi0 се разпада много по-бързо от pi+ мезона. Има и още по-бързо разпадащи се - например ро-мезоните, които живеят 4х10^-24 s. Те се разпадат до пиони.

    Ето списък с мезоните и характеристиките им. В четвъртата колонка пише от какви кварки е изграден мезона, а в последната - до какви се разпада.
    Ето и един PDF с различни видове мезони и частиците, до които се разпадат в последствие.

    Надявам се това да хвърля светлина по въпросите ти. Ако имаш още въпроси питай - ще се постарая да отговоря. Поздрави!

    ОтговорИзтриване
  11. Анонимен10/11/09 14:02

    Много благодаря за информацията!

    ОтговорИзтриване
  12. Анонимен17/2/11 19:17

    Пълен лаик съм в астрофизиката, но кой знае защо съм убеден, че слънчевите петна са резултат на анихилационни процеси във вътрешността на слънцето (примерно между позитрони и електрони). При тази анихилация се образуват нещо като каверни с уплътнени стени, които, поради малкото материя в тях, изплуват от дълбините на слънцето като балони. Горната част на тези балони се виждат като арки. Малкото материя, при анихелацията материята, която не се анихилира, се изтласква настрана и се уплътнява като стена на каверна, в тях обяснява и по ниската им температура в сравнение с околната среда на слънцето. Насочването на облакът от електрони (те винаги съществуват в плазмата на слънцето) и облакът от позитрони един към друг предизвикват наблюдавните електромагнитни бури, винаги предшвстващи появата а слънчевите петна. Не мога да кажа как са се появили позитроните, но допускам, че във вътрешността на слънцето има условия, при които протон да се превръща в неутрон, при което се отделя позитрон.
    Тази възможна анихелация може, поне отчасти, да обясни и липсващата материя във вселената.

    ОтговорИзтриване

Инициатива "Шльокавица" — прочетете преди да коментирате