Антиматерія: що це таке та для чого вона нам потрібна

Чутки про антиматерію часто зринали поряд з чутками про Великий адронний колайдер. Саме там можна було отримати цю дивну речовину. У свідомості людей іноді формувалася думка, що це спричинить мало не появу чорної діри.

Вам буде цікаво Науковці показали моторошне звучання магнітного поля Землі при зміні полюсів 41 000 років тому

Але ми можемо бути спокійними, адже за словами фахівців, антиматерія – це не так страшно. Ба більше, у Всесвіті можуть існувати цілі зірки з антиматерії. А деякі люди навіть "відчули" антиматерію на собі під час проведення медичної радіоізотопної діагностики.

Експеримент BASE покликаний виготовити та зберегти антиматерію у лабораторії / Фото New Atlas

Що таке антиматерія

Антиматерія це не "злий двійник" звичайної матерії, який покликаний усе знищити. Це така ж частина нашого світу, як і звичайна матерія. Різниця криється на мікрорівні – частинки антиматерії мають протилежний звичайні матерії заряд. Саме тому, коли матерія та антиматерія "зустрічають", то виникає фактично вибух з виділенням енергії.

Антиречовина з'являється у світі й цілком природнім шляхом. Наприклад, внаслідок радіоактивного розпаду Калію-40 в бананах. Але такі античастинки відразу зникають через зіткнення зі звичайними частинками.

Слід розуміти, що практично у кожної частинки є своя античастинка. Їх відрізняє виключно заряд. 

• Протон – антипротон.
• Нейтрон – антинейтрон.
• Електрон – антиелектрон, який більш відомий як позитрон.

А от фотони чи нейтрино не можуть "похвалитися" наявністю античастинок – кожен з них сам собі античастинка.

Читайте на сайті Скільки потрібно з'їсти бананів, щоб померти від радіації

Антиматерія у "дикій природі"

Цікаво, що атоми речовини та антиречовини одного і того ж хімічного елемента дадуть ідентичний спектр. А от чи реагує антиматерія на гравітацію так само як звичайна матерія – невідомо. Теоретично, їх не має нічого відрізняти й антиречовина повинна падати вниз ідентично звичайній речовині. Але на практиці ми це перевірити поки що не можемо.

Річ у тім, що уся наявна у нас антиматерія зберігається у спеціальних пастках Пеннінга – там частинка антиречовини повисає у вакуумі, утримувана у такій позиції електромагнітними полями. Якщо електромагнітні поля вимкнути, то антиречовина впаде та анігілюється.

Оскільки виготовлення частинок антиматерії складне та дороге, у нас є дуже мала кількість для вивчення. Тому просто кидати її об землю, щоб "подивитися, а що буде" ніхто не наважувався. Хоча, звісно, такі проєкти є.

Великий вибух 

Науковці припускають, що в момент Великого вибуху утворилася однакова кількість матерії та антиматерії. Проблема полягає у тому, що за такого сценарію нічого б не могло виникнути, адже частинки та античастинки постійно б стикалися та вибухали. 

Також науковці припускають, що антиматерія, як і звичайна матерія, могла зібратися до купи та утворити цілі зірки та галактики. Якщо вони розташовані окремо та якомога далі від "звичайних" галактик зі звичайної речовини, то вони цілком могли б існувати та не бути знищеними.

Але підтверджень таким теоріям немає. Оскільки зустріч матерії та антиматерії спричиняє фактично вибух, то ми б фіксували такі події постійно, адже Всесвіт переповнений елементарними частинками, атомами та молекулами, які летять у всі сторони.

Тому, якщо ми не фіксуємо таких спонтанних та протяжних гамма-спалахів, це може означати, що зірок з антиречовини немає.

Дізнайтеся Чому вогонь значно небезпечніший у космосі, ніж на Землі?

Антиматерія та творчість

"Тему антиречовини" активно використовують у комп'ютерних іграх, книгах та фільмах.

• У серії популярних ігор Mass Effect антиречовина використовується на військових космічних кораблях. Ці велетенські судна потребують великої кількості енергії для прискорення в бою, тому у реакційну камеру з воднем викидаються антипротони. У результаті взаємодії відбувається анігіляція матерії та антиматерії з виділенням величезної кількості енергії, що й забезпечує високу швидкість космічних кораблів.
• Також можна згадати британського письменника-фантаста Пітера Гамільтона та цикл його романів під загальною назвою "Пришестя Ночі". У цьому всесвіті антиматерія грає типову для себе роль: джерело енергії. Щоправда, через терористичні акти виготовлення антиматерії у вигаданій Конфедерації було заборонено й цим займаються переважно нечисті на руку люди – пірати. Антиречовина використовується у вигляді зброї чи для прискорення космічних кораблів за аналогією в іграх Mass Effec.
• З фільмів мало не найбільше запам'ятовується екранізація однойменного роману Дена Брауна "Янголи та демони". Виготовлену в колайдері антиматерію викрадають та планують використати як зброю.

Де можна використовувати антиматерію

Енергія, звісно. Під час взаємної анігіляції речовини та антиречовини виділяється велетенська кількість енергії. Але сьогодні, щоб виготовити 1 грам антиматерії потрібно потратити близько 25 мільярдів доларів. Поки буде зберігатися висока ціна та низькі темпи виробництва, двигунів на антиматерії ми не побачимо.

Дорожнеча ж "ставить хрест" на використанні антиречовини у вигляді зброї. Хоча є одне "але" – 1 грам антиматерії еквівалентний 40-кілотонній ядерній бомбі. Тому тут усе виглядає досить перспективно – 40 кілотонн можна пронести у кишені.

А тим часом Учені створили штучний фотосинтез, який може врятувати нас від глобального потепління

Також антиматерія використовується повсякденно у медицині. Мова йде про позитронно-емісійну томографію. Як пам'ятаємо, позитрон – це античастинка електрона. При ПЕТ-скануванні пацієнтам вводять радіоактивну речовину, яка випускає позитрони при розпаді частинок.

Ці позитрони потім стикаються з електронами у тканинах пацієнта, випускаючи гамма-фотони, які фіксуються спеціальною камерою. Відстежуючи гамма-фотони, лікарі можуть отримати тривимірні зображення органів та пухлин.