Антиматерия: что это такое и для чего она нам нужна

Слухи об антиматерии часто возникали рядом со слухами о Большом адронном коллайдере. Именно там можно было получить это странное вещество. В сознании людей иногда формировалась мысль что это повлечет чуть ли не появление черной дыры.

Вам будет интересно Ученые показали жуткое звучание магнитного поля Земли при смене полюсов 41 000 лет назад

Но мы можем быть спокойными, ведь по словам специалистов, антиматерия – это не так страшно. Более того, во Вселенной могут существовать целые звезды из антиматерии. А некоторые люди даже "почувствовали" антиматерию на себе во время проведения медицинской радиоизотопной диагностики.

Эксперимент BASE призван изготовить и сохранить антиматерию в лаборатории / Фото New Atlas

Что такое антиматерия

Антиматерия это не "злой двойник" обычной материи, который призван все уничтожить. Это такая же часть нашего мира, как и обычная материя. Разница кроется на микроуровне – частицы антиматерии имеют противоположный обычной материи заряд. Именно поэтому, когда материя и антиматерия "встречают", то возникает фактически взрыв с выделением энергии.

Антивещество появляется в мире и вполне естественным путем. Например, в результате радиоактивного распада Калия-40 в бананах. Но такие античастицы сразу исчезают из-за столкновения с обычными частицами.

Следует понимать, что практически у каждой частицы есть своя античастица. Их отличает исключительно заряд.

• Протон – антипротон.
• Нейтрон – антинейтрон.
• Электрон – антиэлектрон, который более известен как позитрон.

А вот фотоны или нейтрино не могут "похвастаться" наличием античастиц – каждый из них сам себе античастица.

Читайте на сайте Сколько нужно съесть бананов, чтобы умереть от радиации

Антиматерия в "дикой природе"

Интересно, что атомы вещества и антивещества одного и того же химического элемента дадут идентичный спектр. А вот реагирует ли антиматерия на гравитацию так же как обычная материя – неизвестно. Теоретически, их не должно ничего отличать и антивещество должно падать вниз идентично обычному веществу. Но на практике мы это проверить пока не можем.

Дело в том, что вся имеющаяся у нас антиматерия хранится в специальных ловушках Пеннинга – там частичка антивещества повисает в вакууме, удерживаемая в такой позиции электромагнитными полями. Если электромагнитные поля выключить, то антивещество упадет и аннигилируется.

Поскольку изготовление частиц антиматерии сложное и дорогое, у нас есть очень малое количество для изучения. Поэтому просто бросать ее о землю, чтобы "посмотреть, а что будет" никто не решался. Хотя, конечно, такие проекты есть.

Большой взрыв

Ученые предполагают, что в момент Большого взрыва образовалось одинаковое количество материи и антиматерии. Проблема заключается в том, что при таком сценарии ничего бы не могло возникнуть, ведь частицы и античастицы постоянно бы сталкивались и взрывались.

Также ученые предполагают, что антиматерия, как и обычная материя, могла собраться в кучу и образовать целые звезды и галактики. Если они расположены отдельно и как можно дальше от "обычных" галактик из обычного вещества, то они вполне могли бы существовать и не быть уничтоженными.

Но подтверждений таким теориям нет. Поскольку встреча материи и антиматерии вызывает фактически взрыв, то мы бы фиксировали такие события постоянно, ведь Вселенная переполнена элементарными частицами, атомами и молекулами, которые летят во все стороны.

Поэтому, если мы не фиксируем таких спонтанных и протяженных гамма-вспышек, это может означать, что звезд из антивещества нет.

Узнайте Почему огонь значительно опаснее в космосе, чем на Земле?

Антиматерия и творчество

"Тему антивещества" активно используют в компьютерных играх, книгах и фильмах.

• В серии популярных игр Mass Effect антивещество используется на военных космических кораблях. Эти огромные суда требуют большого количества энергии для ускорения в бою, поэтому в реакционную камеру с водородом выбрасываются антипротоны. В результате взаимодействия происходит аннигиляция материи и антиматерии с выделением огромного количества энергии, что и обеспечивает высокую скорость космических кораблей.
• Также можно вспомнить британского писателя-фантаста Питера Гамильтона и цикл его романов под общим названием "Пришествие Ночи". В этой вселенной антиматерия играет типичную для себя роль: источник энергии. Правда, из-за террористических актов изготовление антиматерии в вымышленной Конфедерации было запрещено и этим занимаются преимущественно нечистые на руку люди – пираты. Антивещество используется в виде оружия или для ускорения космических кораблей по аналогии в играх Mass Effec.
• Из фильмов чуть ли не больше всего запоминается экранизация одноименного романа Дэна Брауна "Ангелы и демоны". Изготовленную в коллайдере антиматерию похищают и планируют использовать как оружие.

Где можно использовать антиматерию

Энергия, конечно. Во время взаимной аннигиляции вещества и антивещества выделяется огромное количество энергии. Но сегодня, чтобы изготовить 1 грамм антиматерии нужно потратить около 25 миллиардов долларов. Пока будет сохраняться высокая цена и низкие темпы производства, двигателей на антиматерии мы не увидим.

Дороговизна же "ставит крест" на использовании антивещества в виде оружия. Хотя есть одно "но" – 1 грамм антиматерии эквивалентен 40-килотонной ядерной бомбе. Поэтому здесь все выглядит довольно перспективно – 40 килотонн можно пронести в кармане.

А тем временем Ученые создали искусственный фотосинтез, который может спасти нас от глобального потепления

Также антиматерия используется повседневно в медицине. Речь идет о позитронно-эмиссионной томографии. Как помним, позитрон – это античастица электрона. При ПЭТ-сканировании пациентам вводят радиоактивное вещество, которое выпускает позитроны при распаде частиц.

Эти позитроны затем сталкиваются с электронами в тканях пациента, испуская гамма-фотоны, которые фиксируются специальной камерой. Отслеживая гамма-фотоны, врачи могут получить трехмерные изображения органов и опухолей.