Selgitame, mis on antiaine, kuidas see avastati, selle omadusi, erinevusi ainega ja kus seda leidub.
Mis on antiaine?
Osakeste füüsikas on antiaine ainetüüp, millest koosnebantiosakesed, selle asemelosakesed tavaline. See on harvem tüüp asja.
Antiaine on väga sarnane tavaainega, ainus erinevus seisneb selles elektrilaeng osakeste ja mõnes kvantarvus. Seega antielektron, mida nimetatakse kapositron, See on elektroni antiosake, millel on samad omadused, välja arvatud laeng, mis on positiivne. Antineutronid seevastu on neutraalsed (nagu neutronid), kuid nende magnetmomendid on vastupidised. Lõpuks erinevad antiprootonid prootonitest selle poolest, et nad on negatiivselt laetud.
Antiaine ja aine koostoimes hävitavad teineteist mõne hetke pärast, vabastades tohutul hulgalEnergia suure energiaga footonite (gammakiirguse) ja teiste elementaarosakeste-antiosakeste paaride kujul.
Uuringutesfüüsiline Osakesi ja antiosakesi eristatakse, kasutades horisontaalset riba (makro) sümbolile vastavate sümbolite kohal.prooton (p),elektron (e) janeutron (n).
Antiosakestest koosnevad aatomid ei eksisteeri looduslikult loodus sest nad hävitataks tavalise ainega. Antiaatomite moodustamisele suunatud katsetes on edukalt loodud vaid väga väike kogus.
Antiaine avastamine
Antiaine olemasolu teoretiseeris 1928. aastal inglise füüsik Paul Dirac (1902–1984), kui ta otsustas sõnastada matemaatilise võrrandi, mis ühendab suhtelisus Albert Einstein ja kvantfüüsika autor Niels Bohr.
See vaevarikas teoreetiline töö sai edukalt lahendatud ja sealt jõuti järeldusele, et seal peab olema elektroniga analoogne, kuid positiivse elektrilaenguga osake. Seda esimest antiosakest nimetati antielektroniks ja tänapäeval on teada, et selle kohtumine tavalise elektroniga viib vastastikuse annihilatsioonini ja footonite (gammakiirguse) tekkeni.
Seetõttu oli võimalik mõelda antiprootonite ja antineutronite olemasolule. Diraci teooria leidis kinnitust 1932. aastal, kui kosmiliste kiirte ja tavaaine vastastikuses mõjus avastati positronid.
Sellest ajast alates on täheldatud elektroni ja antielektroni vastastikust annihilatsiooni. Nende kohtumine moodustab süsteemi, mida tuntakse kui positroonium, poolväärtusaeg ei ületa kunagi 10-10 või 10-7 sekundit.
Seejärel oli Berkeley osakeste kiirendis (California, 1955) võimalik toota antiprootoneid ja antineutroneid suure energiaga aatomipõrgete kaudu, järgides Einsteini valemit E = m.c2 (energia võrdub mass kõrval valguse kiirus ruudus).
Samamoodi saadi 1995. aastal tänu Euroopa Tuumauuringute Organisatsioonile (CERN) esimene antiaatom. Nendel Euroopa füüsikutel õnnestus luua antiaine vesiniku või antivesiniku aatom, mis koosneb antiprootoni ümber tiirlevast positronist.
Antiaine omadused
Hiljutised antiaine uuringud näitavad, et see on sama stabiilne kui tavaline aine. Selle elektromagnetilised omadused on aga aine omadustega pöördvõrdelised.
Seda ei olnud lihtne põhjalikult uurida, arvestades selle laboris tootmisega kaasnevaid tohutuid rahalisi kulusid (umbes 62 500 miljonit USA dollarit loodud milligrammi kohta) ja selle väga lühikest kestust.
Kõige edukam antiaine loomise juhtum laboris kestis umbes 16 minutit. Sellest hoolimata on need hiljutised kogemused viinud intuitsioonini, et ainel ja antiainel ei pruugi olla täpselt samad omadused.
Kus leidub antiainet?
See on üks antiaine saladusi, millele on palju võimalikke seletusi. Enamik teooriaid päritolu kohta universum leppida sellega, et need olid alguses olemas proportsioonid mateeria ja antiaine sarnane.
Kuid praegu näib, et vaadeldav universum koosneb ainult tavalisest ainest. Selle muutuse võimalikud seletused viitavad aine ja antiaine vastastikmõjule tumeaine, või esialgse asümmeetria ajal toodetud aine koguse ja antiaine vahel suur pauk.
Mida me teame, on see, et meie planeedi Van Alleni rõngastes toimub osakeste loomulik tootmine. Need rõngad asuvad pinnast umbes kahe tuhande kilomeetri kaugusel ja reageerivad sel viisil, kui gammakiired tabavad õhkkond Välimine.
See antiaine kipub kokku kleepuma, kuna selles piirkonnas ei ole piisavalt tavalist ainet, et end hävitada, ja mõned teadlased arvavad, et seda ressurssi saaks kasutada antiaine "väljavõtmiseks".
Milleks antiaine?
Antiainel ei ole inimtööstuses veel palju praktilisi kasutusviise, kuna see on väga kõrge kulud ja nõudlikud tehnoloogia mis tähendab selle tootmist ja käitlemist. Teatud rakendused on aga juba reaalsus.
Näiteks tehakse positronemissioontomograafia (PET) uuringuid, mis on näidanud, et antiprootonite kasutamine vähiravis on võimalik ja võib-olla tõhusam kui praegused prootonitehnikad (radioteraapiad).
Antiaine peamine kasutusala on aga allikana Energia. Einsteini võrrandite kohaselt vabastab aine ja antiaine annihilatsioon nii palju energiat, et kilo aine/antiaine hävitamine oleks kümme miljardit korda produktiivsem kui ükski teine. keemiline reaktsioon ja kümme tuhat korda rohkem kui tuumalõhustumine.
Kui neid reaktsioone saab kontrollida ja rakendada, muutuvad kõik tööstusharud ja isegi transport. Näiteks kümme milligrammi antiainet võib kosmoselaeva liikuma panna kuni Marss.