Una dintre cele mai interesante sarcini cu care se confruntă știința modernă este dezvăluirea misterelor universului. Se știe că totul în lume constă din materie sau substanță. Dar, conform presupunerilor oamenilor de știință, în momentul Big Bang-ului s-a format nu numai substanța care alcătuiește toate obiectele lumii înconjurătoare, ci și așa-numita antimaterie, antimaterie și, prin urmare, antiparticulele de contează.
Antiparticulă a electronului
Prima antiparticulă a cărei existență a fost prezisă și apoi dovedită științific a fost pozitronul.
Pentru a înțelege originea acestei antiparticule, merită să ne referim la structura atomului. Se știe că nucleul unui atom conține protoni (particule încărcate pozitiv) și neutroni (particule care nu au sarcină). Electronii circulă pe orbitele sale - particule cu sarcină electrică negativă.
Pozitronul este antiparticula electronului. Are o sarcină pozitivă. În fizică, simbolul unui pozitron arată astfel: e+ (simbolul folosit pentru a desemna un electron estee-). Această antiparticulă apare ca rezultat al dezintegrarii radioactive.
Cum este diferit un pozitron de un proton?
Încărcarea pozitronului este pozitivă, deci diferența sa față de electron și neutron este evidentă. Dar protonul, spre deosebire de electron și neutron, are și o sarcină pozitivă. Unii oameni fac greșeala de a crede că un pozitron și un proton sunt în esență același lucru.
Diferența este că un proton este o particulă, o parte a substanței, materie care alcătuiește lumea noastră, care face parte din fiecare nucleu atomic. Pozitronul este antiparticula electronului. Nu are nimic de-a face cu protonul, cu excepția unei sarcini pozitive.
Cine a descoperit pozitronul?
Pentru prima dată, existența pozitronului a fost sugerată de fizicianul englez Paul Dirac în 1928. Ipoteza lui a fost că o antiparticulă cu sarcină pozitivă îi corespunde electronului. În plus, Dirac a sugerat că, după ce s-au întâlnit, ambele particule ar dispărea, eliberând o cantitate mare de energie în proces. O altă ipoteză a lui a fost că există un proces invers în care apar un electron și o particulă care sunt inverse acestuia. Fotografia arată urmele unui electron și antiparticulele sale
Câțiva ani mai târziu, fizicianul Carl Anderson (SUA), fotografiend particule cu o cameră cu nori și studiind urmele acestora, a descoperit urme de particule similare cu electronii. Cu toate acestea, urmele aveau o curbură inversă față de câmpul magnetic. Prin urmare, sarcina lor a fost pozitivă. Raportul dintre sarcina particulelor și masă a fost același cu cel al unui electron. Astfel, teoria lui Dirac a fost confirmată experimental. Anderson a datAceastă antiparticulă se numește pozitron. Pentru descoperirea sa, omul de știință a fost distins cu Premiul Nobel pentru fizică.
Sistemul cuplat de electroni și pozitroni se numește „pozitroniu”.
Anihilare
Termenul „anihilare” este tradus ca „dispariție” sau „distrugere”. Când Paul Dirac a sugerat că electronul particulei și antiparticula electronului vor dispărea într-o coliziune, era vorba de anihilarea lor. Cu alte cuvinte, acest termen descrie procesul de interacțiune dintre materie și antimaterie, ducând la dispariția lor reciprocă și la eliberarea resurselor energetice în timpul acestui proces. Ca atare, distrugerea materiei nu are loc, ea începe doar să existe într-o formă diferită.
În timpul ciocnirii unui electron și a unui pozitron, se produc fotoni - cuante de radiație electromagnetică. Nu au nici sarcină, nici masă în repaus.
Există și un proces invers numit „nașterea unui cuplu”. În acest caz, particula și antiparticula apar ca rezultat al interacțiunii electromagnetice sau de altă natură.
Chiar și atunci când un pozitron și un electron se ciocnesc, energia este eliberată. Este suficient să ne imaginăm la ce va duce ciocnirea multor particule cu antiparticule. Potențialul energetic al anihilării pentru umanitate este neprețuit.
Antiproton și antineutron
Este logic să presupunem că, deoarece antiparticula electronului există în natură, atunci alte particule fundamentale ar trebuiau antiparticule. Antiprotonul și antineutronul au fost descoperite în 1955, respectiv 1956. Un antiproton are sarcină negativă, un antineutron nu are sarcină. Antiparticulele deschise se numesc antinucleoni. Astfel, antimateria are următoarea formă: nucleele atomilor constau din antinucleoni, iar pozitronii orbitează în jurul nucleului.
În 1969, primul izotop de antiheliu a fost obținut în URSS.
În 1995, antihidrogenul a fost dezvoltat la CERN (laboratorul european de cercetare nucleară).
Obținerea antimateriei și semnificația ei
După cum sa spus, antiparticulele electronului, protonului și neutronului sunt capabile să se anihileze cu particulele lor originale, generând energie în timpul coliziunii. Prin urmare, studiul acestor fenomene este de mare importanță pentru diverse domenii ale științei.
Obținerea antimateriei este un proces extrem de lung, laborios și costisitor. Pentru aceasta, sunt construite acceleratoare speciale de particule și capcane magnetice, care ar trebui să rețină antimateria rezultată. Antimateria este cea mai scumpă substanță până în prezent.
Dacă producția de antimaterie ar putea fi pusă în funcțiune, atunci omenirea ar fi asigurată cu energie pentru mulți ani. În plus, antimateria ar putea fi folosită pentru a crea combustibil pentru rachete, deoarece, de fapt, acest combustibil ar fi fost obținut pur și simplu din contactul antimateriei cu orice substanță.
Amenințare cu antimaterie
La fel ca multe descoperiri făcute de om, descoperirea antiparticulelor de electroni și nucleoni le poate prezenta oameniloro amenințare serioasă. Toată lumea știe puterea bombei atomice și distrugerea pe care o poate provoca. Dar puterea exploziei în timpul contactului materiei cu antimateria este colosală și de multe ori mai mare decât forța unei bombe atomice. Astfel, dacă într-o zi se inventează o „antibombă”, omenirea se va pune în pragul autodistrugerii.
Ce concluzii putem trage?
- Universul este alcătuit din materie și antimaterie.
- Antiparticulele electronului și nucleonilor se numesc „pozitron” și „antinucleoni”.
- Antiparticulele au sarcina opusă.
- Ciocnirea materiei și antimateriei duce la anihilare.
- Energia anihilării este atât de mare încât poate servi atât beneficiului unei persoane, cât și amenință existența acesteia.
