Физики впервые поймали в ловушку атомы антивещества

В Швейцарии сделано крупное открытие в изучении антивещества!

Учёными Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) впервые удалось стабилизировать атомы антивещества. Исследователи крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий, которая находится в Швейцарии, объявили, что им удалось получить античастицы водорода и стабилизировать их на время, достаточное для проведения лабораторных исследований.
Антиводород удалось удерживать в специальной магнитной бутылке от контакта с атомами нормального вещества в течение гигантского для таких экспериментов времени – по 170 миллисекунд в каждом случае.
Международный коллектив учёных заявляет, что сделан важнейший шаг к разгадке одной из главных тайн физики: почему известное науке пространство Вселенной состоит в основном из вещества, а не из антивещества?
Учёным и ранее удавалось получать атомы антивещества, но до сих пор не удавалось стабилизировать античастицы для лабораторного изучения.

Антивещество́ — материя, состоящая из античастиц. По современным представлениям, силы, определяющие структуры материи (сильное взаимодействие, образующее ядра, и электромагнитное взаимодействие, образующее атомы и молекулы) совершенно одинаковы как для частиц, так и для античастиц. Это означает, что структура антивещества должна быть идентична структуре обычного вещества.

Отличие вещества и антивещества возможно только за счёт слабого взаимодействия, однако при обычных температурах слабые эффекты пренебрежимо малы.

Ведется довольно много рассуждений на тему того, почему наблюдаемая часть вселенной состоит почти исключительно из вещества и существуют ли другие места, заполненные, наоборот, практически полностью антивеществом; но на сегодняшний день наблюдаемая асимметрия вещества и антивещества во вселенной — одна из самых больших нерешенных задач физики. Предполагается, что столь сильная асимметрия возникла в первые доли секунды после Большого Взрыва.

Первым объектом, целиком составленным из античастиц, был синтезированный в 1965 году анти-дейтрон; затем были получены и более тяжёлые антиядра. В 1995 году в ЦЕРНе был синтезирован атом антиводорода, состоящий из позитрона и антипротона. В последние годы антиводород был получен в значительных количествах и было начато детальное изучение его свойств.

При взаимодействии вещества и антивещества их масса превращается в энергию. Такую реакцию называют аннигиляцией. Антивещество — лидер среди известных веществ по плотности энергии. Подсчитано, что при вступлении во взаимодействие 1 кг антиматерии и 1 кг материи выделится приблизительно 1,8×1017 джоулей энергии, что эквивалентно энергии выделяемой при взрыве 42,96 мегатонн тротила. Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, «Царь-бомба» (вес ~ 20 т), соответствовало 57 мегатоннам. Следует отметить, что порядка 50 % энергии, выделившейся при аннигиляции (реакции пары нуклон-антинуклон), выделяется в форме нейтрино, которые практически не взаимодействуют с веществом.
В 2010 году физикам впервые удалось поймать в «ловушку» атомы антивещества. Для этого ученые охлаждали облако, содержащее около 30 тысяч антипротонов, до температуры 200 кельвинов (минус 73,15 градуса Цельсия), и облако из 2 миллионов позитронов до температуры 40 кельвинов (минус 233,15 градуса Цельсия). Физики охлаждали антивещество в ловушке Пеннинга, встроенной внутрь ловушки Иоффе-Питчарда. В общей сложности было поймано 38 атомов.
Физикам впервые удалось в течение относительно длительного времени удерживать атомы антивещества в специальной ловушке. Статья исследователей опубликована в журнале Nature, а коротко о работе пишет портал ScienceNOW.
Антиматерия — это «двойник» обычной материи с той разницей, что все частицы антивещества имеют противоположный знак заряда. При взаимодействии частиц вещества и антивещества происходит их взаимное уничтожение. В окружающей нас Вселенной практически нет антиматерии, и этот факт не согласуется с существующими гипотезами, которые описывают фундаментальные физические взаимодействия — Большой взрыв должен был породить равное количество материи и антиматерии. Подробнее об антивеществе можно прочитать здесь.
Некоторые античастицы ученые наблюдают относительно часто — например, позитроны (положительно заряженные электроны), присутствующие в космическом излучении. Однако долгое время физикам не удавалось «собрать» из субатомных античастиц атомы антиматерии. Впервые это было сделано в 2002 году сотрудникам CERN (Европейский центр ядерных исследований), которые из антипротона и позитрона получили атомы антиводорода. Изучая эти антиатомы, физики рассчитывают прояснить вопрос о недостатке антивещества во Вселенной, но до сих пор ученым не удавалось удерживать антиводород от аннигиляции с «обычной» материей достаточное для изучения время.
Многие элементарные частицы можно удерживать при помощи специальных ловушек, генерирующих электрическое и/или магнитное поля. Атомы антиводорода незаряжены, поэтому их нельзя удерживать в электрическом поле. Авторы новой работы, участвующие в эксперименте ALPHA по изучению антиматерии, использовали комбинацию из двух ловушек — так называемых ловушек Пеннинга и ловушек Иоффе-Питчарда. В итоге антиводород удалось удерживать в течение десятых долей секунды.
Чтобы получить атомы антиводорода, ученые охлаждали облако, содержащее около 30 тысяч антипротонов, до температуры 200 кельвинов (минус 73,15 градуса Цельсия), и облако из 2 миллионов позитронов до температуры 40 кельвинов (минус 233,15 градуса Цельсия). Физики охлаждали антивещество в ловушке Пеннинга, встроенной внутрь ловушки Иоффе-Питчарда. В общей сложности было поймано 38 атомов.
Используя новую технологию, ученые смогут, в частности, получить спектр атомов антиводорода. Согласно принципу CPT-симметрии, постулируемому в рамках общей теории относительности, спектры атомов вещества и антивещества должны быть идентичными. Если этот факт будет опровергнут, то ученым придется пересмотреть свои представления об устройстве мира.
Цена
Антивещество известно как самая дорогая субстанция на Земле, по оценкам НАСА 2006 года, производство миллиграмма позитронов стоило примерно 25 миллионов долларов США[2]. По оценке 1999 года, один грамм антиводорода стоил 62.5 триллиона долларов[3]. По оценке CERN 2001 года, производство миллиардной доли грамма антивещества (объем, использованный CERN в столкновениях частиц и античастиц в течение десяти лет) стоило несколько сотен миллионов швейцарских франков.
  • +8
  • 20 ноября 2010, 16:38

Комментарии (1) Вконтакте (0)

Комментарии (1) свернуть / развернуть
+
0
Интересная тема)))…

xxxlabb


Зарегистрируйтесь, чтобы написать комментарий и получить доступ ко всем возможностям.