Antimateria
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 8 de agosto de 2022; las comprobaciones requieren 2 ediciones .La antimateria es una sustancia que consiste en antipartículas que no se forman de manera estable en la naturaleza (los datos de observación no indican la detección de antimateria en nuestra galaxia y más allá [1] ).
Los núcleos de antimateria, sintetizados por científicos, consisten en antiprotones y antineutrones, y las capas, en positrones [2] .
Cuando la materia y la antimateria interactúan, se aniquilan y producen fotones de alta energía o pares de partículas y antipartículas.
En la parte del Universo que observamos, hay cúmulos significativos[ aclarar ] no se ha encontrado antimateria [2] , pero existe un debate sobre si el universo está compuesto casi exclusivamente de materia, y si hay otros lugares llenos, por el contrario, casi en su totalidad de antimateria. La asimetría de materia y antimateria en el universo es uno de los mayores problemas no resueltos de la física (ver asimetría bariónica del universo ); se supone que la asimetría ocurrió en las primeras fracciones de segundo después del Big Bang .
Conseguir
En 1965, un grupo dirigido por L. Lederman observó[ ¿dónde? ] eventos de formación de núcleos de antideuterio [2] . En 1970, un grupo de científicos dirigido por Yu. D. Prokoshkin del Instituto de Física de Altas Energías ( Protvino ) registró varios eventos de formación nuclear [2] .
En 1970-1974 , un grupo dirigido por Yu. D. Prokoshkin en el acelerador Serpukhov también obtuvo antinúcleos más pesados: tritio (un isótopo de hidrógeno) [3] , helio (antihelio-3) [2] .
En 2001, se sintetizó en el CERN un átomo de antihidrógeno [2] compuesto por un positrón y un antiprotón . En los últimos años se ha obtenido antihidrógeno en cantidades importantes y se ha iniciado un estudio detallado de sus propiedades.
En 2010, por primera vez, los físicos lograron atrapar brevemente los átomos de antimateria. Para ello, los científicos enfriaron una nube que contenía unos 30 mil antiprotones a una temperatura de 200 kelvins (73,15 grados Celsius bajo cero ), y una nube de 2 millones de positrones a una temperatura de 40K (233,15 grados Celsius bajo cero). Los físicos han enfriado la antimateria en una trampa de Penning integrada en una trampa de Joffe-Pitchard . Un total de 38 átomos fueron capturados y retenidos durante 172 milisegundos [4] .
En mayo de 2011, los resultados del experimento anterior mejoraron significativamente: esta vez se capturaron 309 antiprotones, que se retuvieron durante 1000 segundos. Otros experimentos sobre la contención de la antimateria están diseñados para mostrar la presencia o ausencia del efecto antigravedad de la antimateria [5] .
Costo
Se sabe que la antimateria es la sustancia más cara de la Tierra: según estimaciones de la NASA en 2006, la producción de un miligramo de positrones costaba aproximadamente 25 millones de dólares estadounidenses [6] . Según una estimación de 1999, un gramo de antihidrógeno valdría 62,5 billones de dólares [7] . Según una estimación del CERN de 2001, la producción de una mil millonésima parte de un gramo de antimateria (el volumen utilizado por el CERN en las colisiones de partículas y antipartículas durante diez años) costó varios cientos de millones de francos suizos [8] .
Propiedades
Según conceptos modernos, las fuerzas que determinan la estructura de la materia ( interacción fuerte , que forma núcleos , e interacción electromagnética , que forma átomos y moléculas ), son exactamente las mismas ( simétricas ) tanto para partículas como para antipartículas. Esto significa que la estructura de la antimateria debe ser idéntica a la estructura de la materia ordinaria [2] .
Las propiedades de la antimateria coinciden completamente con las propiedades de la materia ordinaria vista a través de un espejo (la especularidad surge debido a la no conservación de la paridad en las interacciones débiles ) [9] .
Cuando la materia y la antimateria interactúan, se aniquilan [2] y se forman fotones de alta energía o pares de partículas-antipartículas (alrededor del 50% de la energía durante la aniquilación de un par nucleón-antinucleón se libera en forma de neutrino que prácticamente no interaccionan con la sustancia). La aniquilación de nucleones y antinucleones lentos conduce a la formación de varios mesones π, y la aniquilación de electrones y positrones conduce a la formación de cuantos γ [2] . Como resultado de desintegraciones posteriores, los mesones π se convierten en cuantos γ [2] .
La interacción de 1 kg de antimateria y 1 kg de materia liberará aproximadamente 1,8⋅10 17 julios de energía, lo que equivale a la energía liberada en la explosión de 42,96 megatones de TNT . El dispositivo nuclear más poderoso jamás explotado en el planeta, la " bomba Zar " (masa de 26,5 toneladas), durante la explosión, liberó energía equivalente a ~ 57-58,6 megatones . El límite de Teller para armas termonucleares implica que el rendimiento energético más eficiente no superará los 6 kt /kg de masa del dispositivo. .
En 2013 se han realizado experimentos en una planta piloto construida sobre la base de la trampa de vacío ALPHA. Los científicos han medido el movimiento de las moléculas de antimateria bajo la influencia del campo gravitatorio de la Tierra. Y aunque los resultados resultaron ser inexactos y las mediciones tienen poca significación estadística, los físicos están satisfechos con los primeros experimentos sobre la medición directa de la gravedad de la antimateria.
En noviembre de 2015, un grupo internacional de físicos del colisionador estadounidense RHIC demostró experimentalmente la identidad de la estructura de la materia y la antimateria midiendo con precisión las fuerzas de interacción entre los antiprotones, que resultaron ser indistinguibles de los protones ordinarios en este sentido [10] .
En 2016, los científicos de la colaboración ALPHA lograron por primera vez medir el espectro óptico del átomo de antihidrógeno; no se encontraron diferencias en el espectro del antihidrógeno del espectro del hidrógeno [11] [12] .
Se están realizando experimentos para detectar antimateria en el Universo [13] .
En la cultura pop
- Según la trama del libro " Ángeles y demonios " de Dan Brown , una gran muestra de antimateria fue robada del CERN , con la ayuda de la cual representantes de la orden secreta de los Illuminati querían volar por los aires la ciudad-estado del Vaticano . [14] .
- Según la trama de la película de acción estadounidense " Alita: Battle Angel " (ing. Alita: Battle Angel) con elementos de cyberpunk dirigida por Robert Rodriguez , coautor del guión, el productor James Cameron basado en el manga de Yukito Kishiro GUNNM , Alita se entera de que tiene al menos 300 años, y en su pecho late con un corazón basado en un reactor de antimateria alimentado por tecnología perdida.
Véase también
Notas
- ↑ Vlasov, 1966 , pág. 153.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Feinberg, 2005 .
- ↑ B. S. Ishkhanov, Kebin E. I. Física del núcleo y las partículas, siglo XX - cap. "Antipartículas" Archivado el 27 de octubre de 2016 en Wayback Machine // Física nuclear en línea
- ↑ "Los físicos atrapan átomos de antimateria por primera vez". Copia de archivo fechada el 21 de noviembre de 2010 en Wayback Machine : Lenta.Ru , 18/11/2010, 12:45:23 p. m.
- ↑ "Antihydrogen Trapped For 1000 Seconds" Archivado el 4 de mayo de 2011 en Wayback Machine : The Physics arXiv Blog , 02/05/2011
- ↑ Nave espacial de antimateria nueva y mejorada para misiones a Marte . NASA (2006). Fecha de acceso: 28 de septiembre de 2009. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011.
- ↑ Alcanzando las estrellas: Los científicos examinan el uso de antimateria y fusión para impulsar futuras naves espaciales . NASA (12 de abril de 1999). Consultado el 21 de agosto de 2008. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011.
- ↑ Preguntas y respuestas . CERN (2001). Fecha de acceso: 24 de mayo de 2008. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011.
- ↑ Shirokov, 1972 , pág. 345.
- ↑ Los físicos midieron por primera vez la fuerza de interacción de las partículas de antimateria . Consultado el 5 de noviembre de 2015. Archivado desde el original el 4 de noviembre de 2015.
- ↑ Los especialistas del CERN midieron el espectro óptico de la antimateria por primera vez Copia de archivo fechada el 22 de diciembre de 2016 en Wayback Machine // RIA, 19/12/2016
- ↑ Los científicos obtuvieron por primera vez el espectro de antimateria Copia de archivo del 22 de diciembre de 2016 en Wayback Machine // 20/12/2016
- ↑ Zurab Silagadze Ver la copia de archivo antiestrella fechada el 17 de enero de 2018 en Wayback Machine // Science and Life . - 2017. - Nº 5.
- ↑ Spotlight: Ángeles y demonios (ing.) (Preguntas frecuentes). CERN (octubre de 2004). - Preguntas y respuestas. Archivado desde el original el 13 de diciembre de 2007.
Literatura
- Vlasov N. A. Antimateria. — M .: Atomizdat , 1966. — 184 p.
- Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Física nuclear. — M .: Nauka , 1972. — 670 p.
- Antimateria / Fainberg V. Ya. // Anquilosis - Banco. - M .: Gran Enciclopedia Rusa, 2005. - P. 39. - ( Gran Enciclopedia Rusa : [en 35 volúmenes] / editor en jefe Yu. S. Osipov ; 2004-2017, v. 2). — ISBN 5-85270-330-3 .
- Zel'dovich Ya. B., Novikov ID Estructura y evolución del Universo. M , 1975.
Enlaces
- Los físicos anunciaron su disposición a experimentar con la antimateria - 2011
- Pakhlov, Pavel. Historia del descubrimiento de la antimateria . postnauka.ru (23 de mayo de 2014).
- Pakhlov, Pavel. La diferencia entre las propiedades de la materia y la antimateria . postnauka.ru (6 de marzo de 2014).
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