Jednym z najciekawszych zadań stojących przed współczesną nauką jest odkrywanie tajemnic wszechświata. Wiadomo, że wszystko na świecie składa się z materii lub substancji. Jednak zgodnie z założeniami naukowców w momencie Wielkiego Wybuchu powstała nie tylko substancja, z której składają się wszystkie obiekty otaczającego świata, ale także tzw. antymateria, antymateria, a więc antycząstki sprawa.
Antycząstka elektronu
Pierwszą antycząstką, której istnienie przewidziano, a następnie udowodniono naukowo, był pozyton.
Aby zrozumieć pochodzenie tej antycząstki, warto odwołać się do budowy atomu. Wiadomo, że jądro atomu zawiera protony (cząstki naładowane dodatnio) i neutrony (cząstki, które nie mają ładunku). Po jego orbitach krążą elektrony - cząstki o ujemnym ładunku elektrycznym.
Pozytron to antycząstka elektronu. Ma ładunek dodatni. W fizyce symbol pozytonu wygląda tak: e+ (symbol używany do oznaczenia elektronu toe-). Ta antycząstka pojawia się w wyniku rozpadu radioaktywnego.
Czym różni się pozyton od protonu?
Ładunek pozytonu jest dodatni, więc jego różnica w stosunku do elektronu i neutronu jest oczywista. Ale proton, w przeciwieństwie do elektronu i neutronu, również ma ładunek dodatni. Niektórzy popełniają błąd, wierząc, że pozyton i proton to zasadniczo to samo.
Różnica polega na tym, że proton jest cząsteczką, częścią substancji, materią, która tworzy nasz świat, który jest częścią każdego jądra atomowego. Pozyton jest antycząstką elektronu. Nie ma to nic wspólnego z protonem, z wyjątkiem ładunku dodatniego.
Kto odkrył pozyton?
Po raz pierwszy istnienie pozytonu zasugerował angielski fizyk Paul Dirac w 1928 roku. Jego hipoteza była taka, że elektronowi odpowiada antycząstka z ładunkiem dodatnim. Ponadto Dirac zasugerował, że po spotkaniu obie cząstki znikną, uwalniając w tym procesie dużą ilość energii. Inna z jego hipotez głosiła, że istnieje odwrotny proces, w którym pojawiają się elektron i cząstka, które są odwrotne do niego. Zdjęcie przedstawia ślady elektronu i jego antycząstek
Kilka lat później fizyk Carl Anderson (USA), fotografując cząstki w komorze mgłowej i badając ich ślady, odkrył ślady cząstek podobnych do elektronów. Jednak tory miały krzywiznę odwrotną od pola magnetycznego. Dlatego ich ładunek był pozytywny. Stosunek ładunku cząstki do masy był taki sam jak w przypadku elektronu. W ten sposób teoria Diraca została potwierdzona eksperymentalnie. Anderson dałTa antycząstka nazywana jest pozytonem. Za swoje odkrycie naukowiec otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Sprzężony system elektronu i pozytonu nazywa się „pozytronium”.
Zniszczenie
Termin „anihilacja” jest tłumaczony jako „zniknięcie” lub „zniszczenie”. Kiedy Paul Dirac zasugerował, że elektron cząstka i antycząstka elektronu znikną w zderzeniu, chodziło o ich anihilację. Innymi słowy, termin ten opisuje proces interakcji między materią i antymaterią, prowadzący do ich wzajemnego zanikania i uwalniania w tym procesie zasobów energii. Jako takie, zniszczenie materii nie następuje, tylko zaczyna istnieć w innej formie.
Podczas zderzenia elektronu i pozytonu powstają fotony - kwanty promieniowania elektromagnetycznego. Nie mają ani ładunku, ani masy spoczynkowej.
Istnieje również odwrotny proces zwany "narodzinami pary". W tym przypadku cząsteczka i antycząsteczka pojawiają się w wyniku oddziaływania elektromagnetycznego lub innego.
Nawet gdy zderzają się jeden pozyton i jeden elektron, energia jest uwalniana. Wystarczy wyobrazić sobie, do czego doprowadzi zderzenie wielu cząstek z antycząstkami. Potencjał energetyczny zagłady ludzkości jest nieoceniony.
Antyproton i antyneutron
Logiczne jest założenie, że skoro antycząstka elektronu istnieje w naturze, to inne fundamentalne cząstki powinnymają antycząstki. Antyproton i antyneutron odkryto odpowiednio w 1955 i 1956 roku. Antyproton ma ładunek ujemny, antyneutron nie ma ładunku. Otwarte antycząstki nazywane są antynukleonami. Antymateria ma więc następującą postać: jądra atomów składają się z antynukleonów, a pozytony krążą wokół jądra.
W 1969 roku w ZSRR uzyskano pierwszy izotop antyhelu.
W 1995 r. w CERN (europejskim laboratorium badań jądrowych) opracowano antywodór.
Pozyskiwanie antymaterii i jej znaczenia
Jak już powiedziano, antycząstki elektronu, protonu i neutronu są w stanie anihilować ze swoimi pierwotnymi cząsteczkami, generując energię podczas zderzenia. Dlatego badanie tych zjawisk ma ogromne znaczenie dla różnych dziedzin nauki.
Pozyskiwanie antymaterii to niezwykle długi, pracochłonny i kosztowny proces. W tym celu budowane są specjalne akceleratory cząstek i pułapki magnetyczne, które powinny zatrzymywać powstałą antymaterię. Antymateria jest jak dotąd najdroższą substancją.
Gdyby można było uruchomić produkcję antymaterii, ludzkość byłaby zaopatrywana w energię na wiele lat. Ponadto antymateria mogłaby zostać wykorzystana do wytworzenia paliwa rakietowego, ponieważ w rzeczywistości paliwo to zostałoby uzyskane po prostu przez kontakt antymaterii z dowolną substancją.
Zagrożenie antymaterią
Podobnie jak wiele odkryć dokonanych przez człowieka, odkrycie antycząstek elektronowych i nukleonowych możepoważne zagrożenie. Wszyscy znają moc bomby atomowej i zniszczenia, jakie może spowodować. Ale siła wybuchu podczas kontaktu materii z antymaterią jest kolosalna i wielokrotnie większa niż siła bomby atomowej. Tak więc, jeśli pewnego dnia zostanie wynaleziona "anty-bomba", ludzkość postawi się na krawędzi samozagłady.
Jakie wnioski możemy wyciągnąć?
- Wszechświat składa się z materii i antymaterii.
- Antycząstki elektronu i nukleonu nazywane są "pozytonami" i "antynukleonami".
- Antycząstki mają przeciwny ładunek.
- Zderzenie materii i antymaterii prowadzi do anihilacji.
- Energia unicestwienia jest tak wielka, że może zarówno przysłużyć się człowiekowi, jak i zagrozić jego istnieniu.
