Имаме нужда от антиматерия. ЧЗВ: История на откриването на антиматерията. Антиматерия - антигравитация? Как изобщо усеща гравитацията?

Наскоро членове на сътрудничеството ALICE в CERN измериха масите на ядрата на антиматерията с рекордна точност и дори оцениха енергията, която свързва антипротоните с антинеутроните в тях. Досега не е открита съществена разлика между тези параметри в материята и антиматерията, но това не е основното. Важно е, че точно сега, през последните няколко години, не само античастиците, но и антиядрата и дори антиатомите стават достъпни за измервания и наблюдения. Това означава, че е време да разберем какво е антиматерията и какво място заемат нейните изследвания в съвременната физика.

Нека се опитаме да отгатнем някои от първите ви въпроси относно антиматерията.

Вярно ли е, че с помощта на антиматерия може да се направи супермощна бомба? Възможно ли е антиматерията действително да се натрупва в ЦЕРН, както е показано във филма „Ангели и демони“, и това да е много опасно? Вярно ли е, че антиматерията ще бъде изключително ефективно гориво за космически пътувания? Има ли истина в идеята за позитронен мозък, с който Айзък Азимов е надарил роботите в творбите си?...

Не е тайна, че за повечето хора антиматерията се свързва с нещо изключително (експлозивно) опасно, с нещо подозрително, с нещо, което вълнува въображението с фантастични обещания и огромни рискове - оттам и такива въпроси. Нека си признаем: законите на физиката не забраняват директно всичко това. Реализацията на тези идеи обаче е толкова далеч от реалността, от съвременните технологии и от технологиите на следващите десетилетия, че прагматичният отговор е прост: не, за съвременния свят това не е вярно. Разговорът на тези теми е просто фантазия, основана не на реални научно-технически постижения, а на тяхната екстраполация далеч отвъд границите на съвременните възможности. Ако искате да проведете сериозен разговор по тези теми, приближете се до 2100. Засега нека поговорим за действителните научни изследвания на антиматерията.

Какво е антиматерия?

Нашият свят е устроен по такъв начин, че за всеки вид частица – електрони, протони, неутрони и т.н. - има античастици (позитрони, антипротони, антинеутрони). Те имат еднаква маса и, ако са нестабилни, същия полуживот, но противоположни заряди и други числа, характеризиращи взаимодействието. Позитроните имат същата маса като електроните, но само положителен заряд. Антипротоните имат отрицателен заряд. Антинеутроните са електрически неутрални, точно като неутроните, но имат противоположно барионно число и са съставени от антикварки. Антинуклеусът може да бъде сглобен от антипротони и антинеутрони. Добавяйки позитрони, създаваме антиатоми, а натрупвайки ги, получаваме антиматерия. Всичко това е антиматерия.

И тук има няколко интересни тънкости, за които си струва да говорим. Първо, самото съществуване на античастици е огромен триумф на теоретичната физика. Тази неочевидна и за някои дори шокираща идея е теоретично изведена от Пол Дирак и първоначално е приета враждебно. Освен това, дори след откриването на позитроните, мнозина все още се съмняваха в съществуването на антипротони. Първо, казаха те, Дирак излезе със собствена теория за описание на електрона и не е факт, че тя ще работи за протона. Например, магнитният момент на протона се различава няколко пъти от предсказанието на теорията на Дирак. Второ, дълго време са търсили следи от антипротони в космическите лъчи, но нищо не е намерено. Трето, те твърдяха - буквално повтаряйки нашите думи - че ако има антипротони, тогава трябва да има антиатоми, антизвезди и антигалактики и ние определено ще ги забележим в грандиозни космически експлозии. Тъй като не виждаме това, вероятно е защото антиматерията не съществува. Следователно експерименталното откритие на антипротона през 1955 г. в новооткрития ускорител Bevatron е доста нетривиален резултат, удостоен с Нобелова награда по физика за 1959 г. През 1956 г. на същия ускорител е открит антинеутронът. Историята на тези търсения, съмнения и постижения може да бъде намерена в множество исторически есета, например в този доклад или в скорошната книга на Франк Клоуз Антиматерия.

Отделно обаче трябва да се каже, че здравословното съмнение в чисто теоретичните твърдения винаги е полезно. Например твърдението, че античастиците имат същата маса като частиците, също е теоретичен резултат; то произтича от много важна CPT теорема. Да, върху това твърдение се гради съвременната, експериментално проверена физика на микросвета. Но все още е равенство: кой знае, може би по този начин ще намерим границите на приложимост на теорията.

Друга особеност: не всички сили на микросвета се отнасят еднакво към частиците и античастиците. За електромагнитните и силните взаимодействия няма разлика между тях, за слабите има. Поради това някои фини детайли на взаимодействията на частиците и античастиците се различават, например вероятностите за разпадане на частица А в набор от частици В и анти-А в набор от анти-В (за повече подробности относно разлики, виж колекцията на Павел Пахов). Тази характеристика възниква, защото слабите взаимодействия нарушават CP симетрията на нашия свят. Но защо това се случва е една от мистериите на елементарните частици и изисква излизане отвъд границите на познатото.

Ето още една тънкост: някои частици имат толкова малко характеристики, че античастиците и частиците изобщо не се различават една от друга. Такива частици се наричат ​​наистина неутрални. Това е фотон, бозон на Хигс, неутрални мезони, състоящи се от кварки и антикварки от същия тип. Но ситуацията с неутрино все още е неясна: може би те са наистина неутрални (Majorana) или може би не. Това е от критично значение за теорията, описваща масите и взаимодействията на неутриното. Отговорът на този въпрос наистина ще бъде голяма крачка напред, защото ще ни помогне да разберем структурата на нашия свят. Експериментът все още не е казал нищо недвусмислено по този въпрос. Но експерименталната програма за изследване на неутрино е толкова мощна, толкова много експерименти се провеждат, че физиците постепенно се доближават до решението.

Къде е тази антиматерия?

Когато античастица срещне своята частица, тя анихилира: двете частици изчезват и се превръщат в набор от фотони или по-леки частици. Цялата останала енергия се превръща в енергията на тази микроексплозия. Това е най-ефективното преобразуване на маса в топлинна енергия, стотици пъти по-ефективно от ядрен взрив. Но ние не виждаме грандиозни природни експлозии около нас; Антиматерията не съществува в значителни количества в природата. Индивидуалните античастици обаче могат да се родят в различни естествени процеси.

Най-лесният начин е да създадете позитрони. Най-простият вариант е радиоактивността, разпадането на някои ядра поради положителна бета радиоактивност. Например, в експерименти изотопът натрий-22 с период на полуразпад от две години и половина често се използва като източник на позитрони. Друг, доста неочакван естествен източник е, по време на който понякога се откриват проблясъци на гама лъчение от унищожаването на позитрони, което означава, че позитроните по някакъв начин са се родили там.

По-трудно е да се създадат антипротони и други античастици: за това няма достатъчно енергия на радиоактивен разпад. В природата те се раждат под въздействието на високоенергийни космически лъчи: космически протон, сблъсквайки се с някаква молекула в горните слоеве на атмосферата, генерира потоци от частици и античастици. Това обаче се случва горе, антипротоните почти никога не достигат до земята (което е било неизвестно на онези, които са търсили антипротони в космическите лъчи през 40-те години) и не можете да донесете този източник на антипротони в лабораторията.

Във всички физически експерименти антипротоните се произвеждат чрез „груба сила“: те вземат лъч от високоенергийни протони, насочват го към цел и сортират „адронните остатъци“, които се произвеждат в големи количества при този сблъсък. Сортираните антипротони се извеждат под формата на лъч и след това или се ускоряват до високи енергии, за да се сблъскат с протони (така работи например американският колайдер Tevatron), или, обратно, се забавят и използвани за по-фини измервания.

В CERN, който с право може да се гордее с дълга история на изследване на антиматерията, има специален „ускорител“ AD, „Antiproton Moderator“, който изпълнява точно тази задача. Той взема лъч от антипротони, охлажда ги (т.е. забавя ги) и след това разпределя потока от бавни антипротони в няколко специални експеримента. Между другото, ако искате да погледнете състоянието на AD в реално време, онлайн мониторите на Cern позволяват това.

Вече е много трудно да се синтезират антиатоми, дори най-простите, антиводородни атоми. Те изобщо не възникват в природата - няма подходящи условия. Дори в лабораторията трябва да се преодолеят много технически трудности, преди антипротоните да благоволят да се комбинират с позитроните. Проблемът е, че антипротоните и позитроните, излъчвани от източниците, все още са твърде горещи; те просто ще се сблъскат един с друг и ще се разлетят, вместо да образуват антиатом. Физиците все още преодоляват тези трудности, но с доста хитри методи (както се прави в един от експериментите на ASACUSA Cern).

Какво се знае за антинуклеусите?

Всички антиатомни постижения на човечеството се отнасят само до антиводорода. Антиатомите на други елементи все още не са синтезирани в лабораторията или наблюдавани в природата. Причината е проста: антиядрата се създават дори по-трудно от антипротоните.

Единственият начин, който знаем за създаване на антиядра, е да сблъскаме тежки ядра с висока енергия и да видим какво се случва там. Ако енергията на сблъсъка е висока, хиляди частици, включително антипротони и антинеутрони, ще се родят и ще се разпръснат във всички посоки. Антипротоните и антинеутроните, случайно излъчени в една посока, могат да се комбинират помежду си, за да образуват антинуклеус.

Детекторът ALICE може да различи различни ядра и антиядра въз основа на тяхното освобождаване на енергия и посоката на усукване в магнитно поле.

Изображение: CERN

Методът е прост, но не твърде неефективен: вероятността да се синтезира ядро ​​по този начин рязко пада с увеличаване на броя на нуклоните. Най-леките антиядра, антидейтроните, са наблюдавани за първи път точно преди половин век. Антихелий-3 е видян през 1971 г. Известни са също антитритон и антихелий-4, като последният е открит съвсем наскоро, през 2011 г. Все още не са наблюдавани по-тежки антинуклеуси.

Два параметъра, описващи нуклон-нуклонни взаимодействия (дължина на разсейване f0 и ефективен радиус d0) за различни двойки частици. Червената звездичка е резултатът за двойка антипротони, получени от сътрудничеството STAR.

За съжаление не можете да правите антиатоми по този начин. Антинуклеусите не само се произвеждат рядко, но и имат твърде много енергия и излитат във всички посоки. Да се ​​опитваш да ги хванеш в колайдер и след това да ги прекараш през специален канал и да ги охладиш е нереалистично.

Въпреки това, понякога е достатъчно внимателно да се проследят антиядрата в полет, за да се получи интересна информация за антинуклеарните сили, действащи между антинуклоните. Най-простото нещо е внимателно да се измери масата на антиядрата, да се сравни със сумата от масите на антипротоните и антинеутроните и да се изчисли дефектът на масата, т.е. ядрена свързваща енергия. Отскоро работи в Големия адронен колайдер; Енергията на свързване на антидейтрон и антихелий-3 съвпадаше в границите на грешката с обикновените ядра.

Друг, по-фин ефект е изследван от експеримента STAR в американския ускорител на тежки йони RHIC. Той измерва ъгловото разпределение на произведените антипротони и открива как се променя, когато два антипротона се излъчват в много близка посока. Корелациите между антипротоните направиха възможно за първи път да се измерят свойствата на "антиядрените" сили, действащи между тях (дължина на разсейване и ефективен радиус на взаимодействие); те съвпаднаха с това, което се знае за взаимодействието на протоните.

Има ли антиматерия в космоса?

Когато Пол Дирак извежда съществуването на позитрони от своята теория, той напълно приема, че реални антисветове могат да съществуват някъде в космоса. Сега знаем, че във видимата част на Вселената няма звезди, планети или галактики, направени от антиматерия. Въпросът дори не е, че анихилационните експлозии не се виждат; Просто е напълно невъобразимо как са могли да се образуват и да оцелеят до наши дни в една постоянно развиваща се вселена.

Но въпросът „как се случи това“ е друга огромна мистерия на съвременната физика; на научен език се нарича проблемът на бариогенезата. Според космологичната картина на света в най-ранната Вселена е имало равен брой частици и античастици. Тогава, поради нарушаването на CP-симетрията и барионното число, в динамично развиваща се вселена би трябвало да се появи малък, на ниво една милиардна, излишък на материя над антиматерия. Докато Вселената се охлаждаше, всички античастици се загряваха с частици; само този излишък от материя оцеля, което породи Вселената, която наблюдаваме. Заради него в него е останало поне нещо интересно, благодарение на него изобщо съществуваме. Как точно е възникнала тази асиметрия не е известно. Има много теории, но не се знае коя е вярна. Ясно е само, че това определено трябва да е някаква Нова физика, теория, която надхвърля стандартния модел, извън границите на това, което е експериментално проверено.

Три варианта за това откъде могат да дойдат античастиците във високоенергийните космически лъчи: 1 - те могат просто да възникнат и да се ускорят в „космически ускорител“, например в пулсар; 2 - те могат да се раждат при сблъсъци на обикновени космически лъчи с атоми на междузвездната среда; 3 - те могат да възникнат по време на разпадането на тежки частици от тъмна материя.

Въпреки че няма планети или звезди, направени от антиматерия, антиматерията все още присъства в космоса. Потоци от позитрони и антипротони с различни енергии се регистрират от сателитни обсерватории за космически лъчи, като PAMELA, Fermi, AMS-02. Фактът, че позитроните и антипротоните идват при нас от космоса означава, че те се раждат някъде там. Високоенергийните процеси, които могат да ги породят, са принципно известни: това са силно магнетизирани съседства на неутронни звезди, различни експлозии, ускоряване на космическите лъчи на фронтовете на ударните вълни в междузвездната среда и др. Въпросът е дали те могат да обяснят всички наблюдавани свойства на потока от космически античастици. Ако се окаже, че не, това ще бъде доказателство в полза на факта, че някои от тях възникват от разпадането или унищожаването на частици тъмна материя.

Тук също има една мистерия. През 2008 г. обсерваторията PAMELA откри подозрително голям брой високоенергийни позитрони в сравнение с предсказаното от теоретичното моделиране. Тези резултати наскоро бяха потвърдени от инсталацията AMS-02 - един от модулите на Международната космическа станция и като цяло най-големият детектор на елементарни частици, изстрелян в космоса (и сглобен, познайте къде? - правилно, в CERN). Този излишък от позитрони вълнува умовете на теоретиците - в крайна сметка може да не са „скучни“ астрофизични обекти, които са отговорни за него, а тежки частици тъмна материя, които се разпадат или анихилират в електрони и позитрони. Тук все още няма яснота, но инсталацията AMS-02, както и много критични физици, изучават този феномен много внимателно.

Съотношението на антипротоните към протоните в космическите лъчи с различни енергии. Точките са експериментални данни, многоцветните криви са астрофизични очаквания с различни грешки.

Изображение: Университетска библиотека Корнел

Ситуацията с антипротоните също е неясна. През април тази година AMS-02 представи предварителните резултати от нов цикъл изследвания на специална научна конференция. Основният акцент в доклада беше твърдението, че AMS-02 вижда твърде много високоенергийни антипротони - и това също може да е намек за разпадането на частици от тъмна материя. Други физици обаче не са съгласни с такова весело заключение. Сега се смята, че антипротонните данни от AMS-02, с известна степен, могат да бъдат обяснени от конвенционални астрофизични източници. По един или друг начин всички с нетърпение очакват новите позитронни и антипротонни данни от AMS-02.

AMS-02 вече е открил милиони позитрони и четвърт милион антипротони. Но създателите на тази инсталация имат светла мечта - да уловят поне един антинуклеус. Това ще бъде истинска сензация - абсолютно невероятно е антиядра да се раждат някъде в космоса и да летят до нас. Засега такъв случай не е открит, но събирането на данни продължава и кой знае какви изненади ни е подготвила природата.

Антиматерия - антигравитация? Как изобщо усеща гравитацията?

Ако разчитаме само на експериментално проверена физика и не навлизаме в екзотични, все още непотвърдени теории, тогава гравитацията би трябвало да действа върху антиматерията точно по същия начин, както върху материята. Не се очаква антигравитация за антиматерията. Ако си позволим да погледнем малко по-далече, отвъд границите на познатото, то чисто теоретично възможни са варианти, когато освен обичайната универсална гравитационна сила, има нещо допълнително, което действа различно на материята и антиматерията. Колкото и илюзорна да изглежда тази възможност, тя трябва да бъде проверена експериментално, а за това е необходимо да се проведат експерименти, за да се провери как антиматерията усеща земната гравитация.

Дълго време не беше наистина възможно да се направи това по простата причина, че за това е необходимо да се създадат отделни атоми на антиматерията, да се уловят и да се проведат експерименти с тях. Сега се научихме как да правим това, така че дългоочакваният тест е точно зад ъгъла.

Основният доставчик на резултатите е същият CERN с неговата обширна програма за изследване на антиматерията. Някои от тези експерименти вече индиректно потвърдиха, че гравитацията на антиматерията е добра. Например, той откри, че (инертната) маса на антипротона съвпада с масата на протона с много висока точност. Ако гравитацията беше действала по различен начин на антипротоните, физиците щяха да забележат разликата - в крайна сметка сравнението беше направено в същата инсталация и при същите условия. Резултатът от този експеримент: ефектът на гравитацията върху антипротоните съвпада с ефекта върху протоните с точност по-добра от една милионна.

Това измерване обаче е косвено. За да бъда по-убедителен, бих искал да проведа директен експеримент: вземете няколко атома антиматерия, пуснете ги и вижте как падат в гравитационно поле. Такива експерименти се провеждат или подготвят и в ЦЕРН. Първият опит не беше особено впечатляващ. През 2013 г. експериментът ALPHA - който дотогава вече се беше научил да задържа облак от антиводород в своя капан - се опита да определи къде биха попаднали антиатомите, ако капанът беше изключен. За съжаление, поради ниската чувствителност на експеримента, не беше възможно да се получи недвусмислен отговор: беше минало твърде малко време, антиатомите се втурваха напред-назад в капана и тук-там възникваха огнища на анихилация.

Два други експеримента на Cern обещават да подобрят радикално ситуацията: GBAR и AEGIS. И двата експеримента ще тестват по различни начини как облак от ултра-студен антиводород попада в гравитационно поле. Тяхната очаквана точност при измерване на ускорението на гравитацията за антиматерията е около 1%. И двете инсталации в момента са в етап на сглобяване и отстраняване на грешки, а основните изследвания ще започнат през 2017 г., когато антипротонният модератор AD ще бъде допълнен от новия пръстен за съхранение ELENA.

Варианти на поведение на позитрона в твърдо вещество.

Изображение: nature.com

Какво се случва, ако позитрон навлезе в материята?

Образуване на молекулярен позитроний върху кварцова повърхност.

Изображение: Клифърд М. Сурко / Атомна физика: Полъх на супа от антиматерия

Ако сте прочели дотук, вече знаете много добре, че щом частица антиматерия навлезе в обикновената материя, настъпва анихилация: частиците и античастицата изчезват и се превръщат в радиация. Но колко бързо се случва това? Нека си представим позитрон, който излетя от вакуум и влезе в твърдо вещество. Ще се унищожи ли при контакт с първия атом? Изобщо не е необходимо! Анихилацията на електрон и позитрон не е мигновен процес; това изисква дълго време в атомни мащаби. Следователно позитронът успява да живее ярък живот в материята, пълен с нетривиални събития.

Първо, позитронът може да вземе електрон-сирак и да образува свързано състояние, позитроний (Ps). При подходяща ориентация на въртене, позитроният може да живее десетки наносекунди преди анихилация. Намирайки се в твърда материя, през това време ще има време да се сблъска с атоми милиони пъти, тъй като топлинната скорост на позитрония при стайна температура е около 25 км/сек.

Второ, движейки се в вещество, позитроният може да излезе на повърхността и да се залепи там - това е позитронен (или по-скоро позитрониев) аналог на атомната адсорбция. При стайна температура той не седи на едно място, а активно пътува по повърхността. И ако това не е външна повърхност, а пора с нанометров размер, тогава позитроният остава в капан в нея за дълго време.

Освен това. В стандартния материал за подобни експерименти, порестия кварц, порите не са изолирани, а са свързани чрез наноканали в обща мрежа. Топлият позитроний, пълзящ по повърхността, ще има време да изследва стотици пори. И тъй като в такива експерименти се образува много позитроний и почти всички те изпълзяват в порите, рано или късно те се блъскат един в друг и, взаимодействайки, понякога образуват истински молекули - молекулярен позитроний, Ps 2. След това можете да изучавате как се държи газът позитроний, какви възбудени състояния има позитронийът и т.н. И не мислете, че това са чисто теоретични съображения; Всички тези ефекти вече са тествани и изследвани експериментално.

Има ли антиматерията практическо приложение?

Разбира се. Като цяло, всеки физически процес, ако ни отвори някакъв нов аспект от нашия свят и не изисква допълнителни разходи, със сигурност ще намери практически приложения. Освен това, такива приложения, които ние самите не бихме си представили, ако не бяхме открили и проучили първо научната страна на този феномен.

Най-известното приложение на античастиците е PET, позитронно-емисионна томография. Като цяло ядрената физика има впечатляващ опит в медицинските приложения и античастиците също не стоят без работа. При PET в тялото на пациента се инжектира малка доза от лекарство, което съдържа нестабилен изотоп с кратък живот (минути до часове) и се разпада поради положителен бета разпад. Лекарството се натрупва в желаните тъкани, ядрата се разпадат и излъчват позитрони, които анихилират наблизо и произвеждат два гама кванта с определена енергия. Детекторът ги регистрира, определя посоката и времето на пристигането им и възстановява мястото, където е станало разпадането. Това дава възможност да се построи триизмерна карта на разпределението на материята с висока пространствена разделителна способност и с минимална доза радиация.

Позитроните могат да се използват и в материалознанието, например за измерване на порьозността на дадено вещество. Ако веществото е непрекъснато, тогава позитроните, заседнали в веществото на достатъчна дълбочина, се анихилират доста бързо и излъчват гама лъчи. Ако има нанопори вътре в веществото, унищожаването се забавя, защото позитроният се залепва към повърхността на порите. Чрез измерване на това забавяне е възможно да се определи степента на нанопорьозност на дадено вещество, като се използва безконтактен и неразрушителен метод. Като илюстрация на тази техника има скорошна работа за това как нанопорите се появяват и стягат в най-тънкия слой лед, когато парата се отлага на повърхността. Подобен подход работи и при изучаване на структурни дефекти в полупроводникови кристали, например празни места и дислокации, и позволява да се измери структурната умора на материала.

Антипротоните могат да имат и медицински приложения. Сега в същия CERN се провежда експериментът ACE, който изучава ефекта на антипротонен лъч върху живи клетки. Целта му е да проучи перспективите за използване на антипротони за лечение на рак.

Освобождаване на енергия от йонен лъч и рентгенови лъчи при преминаване през вещество.

Изображение: Йоханес Гутлебер/ЦЕРН

Тази идея може да ужаси читателя по навик: как е възможно антипротонен лъч да удари жив човек?! Да, и е много по-безопасно от облъчването на дълбок тумор с рентгенови лъчи! Антипротонен лъч със специално подбрана енергия става в ръцете на хирурга ефективен инструмент, с който е възможно да се изгорят тумори дълбоко в тялото и да се минимизира въздействието върху околните тъкани. За разлика от рентгеновите лъчи, които изгарят всичко, което попадне под лъча, тежките заредени частици по пътя си през материята освобождават по-голямата част от енергията си в последните сантиметри, преди да спрат. Чрез регулиране на енергията на частиците можете да променяте дълбочината, на която частиците спират; Именно тази област с размери милиметри ще понесе основното радиационно въздействие.

Този тип лъчетерапия с протонен лъч отдавна се използва в много добре оборудвани клиники по света. Напоследък някои от тях преминаха към йонна терапия, която използва сноп въглеродни йони, а не протони. При тях профилът на освобождаване на енергия е още по-контрастен, което означава, че ефективността на двойката „терапевтични ефекти срещу странични ефекти“ се увеличава. Но отдавна се предлага да се опитат антипротони за тази цел. В края на краищата, когато влязат в вещество, те не само се отказват от кинетичната си енергия, но и анихилират след спиране - и това увеличава освобождаването на енергия няколко пъти. Къде се отлага тази допълнителна енергия е сложен въпрос и трябва да бъде внимателно проучен, преди да бъдат стартирани клинични изпитвания.

Точно това прави експериментът ACE. В него изследователите прекарват лъч от антипротони през кювета, съдържаща бактериална култура, и измерват тяхното оцеляване като функция на местоположението, параметрите на лъча и физическите характеристики на околната среда. Това методично и може би скучно събиране на технически данни е важен начален етап на всяка нова технология.

Игор Иванов

Антиматерията е материя, състояща се единствено от античастици. В природата всяка елементарна частица има античастица.За електрон това ще бъде позитрон, а за положително зареден протон ще бъде антипротон. Атомите на обикновената материя - иначе се нарича монетно вещество- състоят се от положително заредено ядро, около което се движат електрони. А отрицателно заредените ядра на атомите на антиматерията от своя страна са заобиколени от антиелектрони.

Силите, които определят структурата на материята, са еднакви както за частиците, така и за античастиците. Най-просто казано, частиците се различават само по знака на своя заряд. Характерно е, че "антиматерия" не е съвсем правилното име. По същество това е просто вид вещество, което има същите свойства и е способно да създава привличане.

Унищожение

Всъщност това е процесът на сблъсък между позитрон и електрон. В резултат на това настъпва взаимно унищожение (анихилация) на двете частици с освобождаване на огромна енергия. Анихилацията на 1 грам антиматерия е еквивалентна на експлозията на 10 килотона тротилов заряд!

Синтез

През 1995 г. беше обявено, че са синтезирани първите девет антиводородни атома.Те живяха 40 наносекунди и умряха, освобождавайки енергия. И още през 2002 г. броят на получените атоми беше в стотици. Но всички получени античастици могат да оцелеят само за наносекунди. Нещата се промениха с пускането на адронния колайдер: те успяха да синтезират 38 антиводородни атома и да ги задържат за цяла секунда. През този период от време стана възможно да се проведат някои изследвания на структурата на антиматерията. Те се научиха да задържат частици, след като създадоха специален магнитен капан. За постигане на желания ефект се създава много ниска температура. Вярно е, че такъв капан е много тромаво, сложно и скъпо нещо.

В трилогията на С. Снегов „Хора като богове“ процесът на унищожение се използва за междугалактически полети. Героите на романа, използвайки го, превръщат звездите и планетите в прах. Но в наше време получаването на антиматерия е много по-трудно и скъпо от изхранването на човечеството.

Колко струва антиматерията?

Един милиграм позитрони трябва да струва 25 милиарда долара. А за един грам антиводород ще трябва да платите 62,5 трилиона долара.

Все още не се е появил толкова щедър човек, че да може да купи дори една стотна от грама. Няколкостотин милиона швейцарски франка трябваше да бъдат платени за една милиардна част от грама, за да се получи материал за експериментална работа върху сблъсъка на частици и античастици. Засега в природата няма вещество, което да е по-скъпо от антиматерията.

Но с въпроса за теглото на антиматерията всичко е съвсем просто. Тъй като се различава от обикновената материя само по заряда, всички останали характеристики са същите. Оказва се, че един грам антиматерия ще тежи точно един грам.

Свят на антиматерията

Ако приемем за вярно, че е имало, тогава в резултат на този процес трябва да са възникнали равни количества както материя, така и антиматерия. Така че защо не наблюдаваме обекти, направени от антиматерия близо до нас? Отговорът е съвсем прост: двата вида материя не могат да съществуват заедно. Те определено ще се унищожат един друг. Вероятно съществуват галактики и дори вселени, направени от антиматерия, и дори виждаме някои от тях. Но от тях излиза същата радиация, от тях идва същата светлина, както от обикновените галактики. Следователно все още е невъзможно да се каже със сигурност дали антисветът съществува или това е красива приказка.

опасно ли е

Човечеството е превърнало много полезни открития в средства за унищожение. Антиматерията в този смисъл не може да бъде изключение. Все още е невъзможно да си представим по-мощно оръжие от това, базирано на принципа на унищожението.Може би не е толкова лошо, че все още не е възможно да се извлича и съхранява антиматерията? Ще се превърне ли във фатална камбана, която човечеството ще чуе в последния си ден?

Предположението за съществуването на античастици, антиматерия и може би дори антисветове се появи много преди появата на експериментални данни, показващи възможността за тяхното съществуване в природата.

1. Първи предположения за съществуването на антиматерия

Концепцията за „антиматерия“ е въведена за първи път от английския физик Артър Шустер през 1898 г., почти веднага след откриването на електрона от Джоузеф Томсън. Шустер наистина искаше симетрията да триумфира в природата. Електронът, както е известно, е отрицателно заредена частица (тук обаче трябва да се отбележи, че решението кой заряд да се нарече положителен и кой отрицателен е резултат от споразумение; учените биха могли да се споразумеят за обратното обозначение на знаците на заряди и нищо не се промени от това б) и Шустер предположи съществуването на симетричен аналог на електрона, положително зареден, който той нарече антиелектрон. От неговата хипотеза веднага последва идеята за съществуването на антиатоми и антиматерия, откъдето е възможно да се използва електрическо поле, за да се извадят антиелектроните, които той изобрети в анти-Томсъновия антиексперимент. В продължение на няколко години Шустер се опитва да убеди околните учени във валидността на предположението си („Защо да няма отрицателно заредено злато, толкова жълто, колкото нашето“, пише той в статията си в списанието Природата), но никой не обърна внимание на аргументите му. Научният прагматизъм, установен в продължение на много векове, предполагаше, че трябва да се вярва само на експеримента и всичко, което не е потвърдено от експеримента, е ненаучна фантазия. И тогава експериментът неумолимо твърди, че отрицателно заредените електрони могат да бъдат извадени от веществото, но положително заредените не се наблюдават.

Идеята на Шустер е забравена, а антиматерията е преоткрита от Пол Дирак едва 30 години по-късно. Той също направи това хипотетично, но беше много по-убедителен от Шустер, показвайки, че съществуването на антиматерията решава много проблеми, които са се натрупали и не са били решени до този момент. Преди да преминем към идеите на Дирак, ще трябва да си припомним до какви нови изводи е стигнала физиката през тези 30 години.

2. Създаването на атома от Нилс Бор

В началото на 20 век възниква необходимостта от преосмисляне на законите на физиката. Отначало те се натъкват на невъзможността да опишат спектъра на абсолютно черно тяло само със законите на Нютон и Максуел, а малко по-късно установяват, че класическите закони не ни позволяват да опишем атома. Според химиците атомът е неделим и от тяхна гледна точка те са абсолютно прави, тъй като във всички химични реакции атомите просто се „преместват“ от една молекула в друга, но вероятно може да се прости богохулството на физиците, които искаха да първо разложете този атом на неговите компоненти и след това сглобете според строгите закони на физиката. До 1913 г. атомът е бил разложен доста добре: тогава никой не е имал съмнение, че например най-простият водороден атом се състои от положително зареден протон, експериментално открит от Ръдърфорд малко по-късно, и електрон. Изглежда, че всичко необходимо за сглобяването на един атом е налице: в допълнение към протона и електрона, между тях има електрическа сила на привличане, която трябва да ги държи заедно. Възможно е да се сглоби атом, но поддържането му в стабилно състояние за дълго време не беше: електронът неумолимо падна върху протона и не искаше да остане в дадената орбита. Нилс Бор успя да поправи тази система, който изостави класическите закони на механиката за описване на системи на разстояния от порядъка на размера на атом. По-точно, Бор трябваше да се откаже от идеята за електрона като малка твърда заредена топка и да си го представи като рехав облак, а за да го опише, беше необходимо да се създаде нов математически апарат, разработен от много изключителни физици от ранния век 20 век и наречена „квантова механика“.

До средата на 20-те години квантовата механика, която замени класическата механика, която изисква описание на нещо много малко, вече е твърдо установена. Уравнението на Шрьодингер, което се основава на квантови идеи, успешно описва много експерименти, например експеримент със спектъра на водородна лампа (нагретият водород свети не само с бяла светлина, но и с малък брой спектрални линии), поставен в магнитно поле, в което всяка линия е леко разделена на още няколко линии.

3. Проблемът с отрицателните енергии

По времето, когато квантовата механика беше безусловно повярвана, беше формирана и друга теория - (релативистка механика), която работи при много високи скорости. Когато скоростите на телата са сравними със скоростта на светлината, законите на механиката на Нютон също трябва да бъдат коригирани. Учените са се опитали да пресекат два крайни случая: високи скорости (теорията на относителността) и много малки разстояния (квантова механика). Оказа се, че няма нищо трудно да се напише уравнение, което да отговаря както на квантовата механика, така и на теорията на относителността. Обобщение на уравнението на Шрьодингер за случая на релативистични системи е предложено независимо от Клайн, Гордън и Фок (последният е наш сънародник). Но решенията на това уравнение не ни устройваха много. Един от парадоксите с решения е парадоксът на Клайн: за много бързи частици, удрящи висока бариера, от която се предполага, че се отразяват, вероятността за прескачане на бариерата, според това уравнение, се увеличава само с нейната височина - заключение, което противоречи на общото смисъл.

Друг абсурд на релативисткото уравнение беше, че сред решенията на уравнението се появиха частици с отрицателна енергия. Какво толкова страшно има в това? Представете си, че с помощта на квантовата механика сме подредили нашия свят. Изглеждаше, че има под, на който можете да стоите стабилно, и го направихме уютен: окачихме картини по стените, поставихме книги на рафтовете. Всички наши декорации се подчиняват точно на квантовата механика, всички имат положителна енергия и ако окачим нещо лошо, те ще паднат на пода. Но опитвайки се да подобрим квантовата механика, да я направим по-правилна, открихме, че в нашия свят няма пол. Вместо под има зейнала бездна (отрицателни енергии), в която всичко трябва да падне. Трябва да отдадем почит на издръжливостта на физиците от онова време: те не се страхуваха, че светът ще се разпадне пред очите им, но се опитаха да решат този проблем.

Пол Дирак успя да реши проблема, който се зае да опише частица, по-сложна от описаната от уравнението на Клайн-Гордън-Фок - електронът. Един електрон не може да бъде описан с една функция, трябва да вземете две наведнъж и тази двойка не може да бъде разделена и трябва да напишете система от уравнения. Изглежда, че проблемът става само по-сложен (и на пръв поглед това усложнение не решава основния проблем), но Дирак се опита да доведе решението до края. За електроните работи принципът на Паули, който гласи, че два електрона не могат да бъдат поставени в едно състояние: никакво усилие не може да притисне втори електрон във вече зает. Дирак, поемайки тази задача, очевидно се е надявал да се възползва именно от това свойство: ако под нивото на пода всички състояния вече са запълнени с електрони, тогава няма да има къде да паднат. Изглежда, че задачата е безнадеждна: трябва да запълним бездна с безкрайна дълбочина с електрони. А Дирак само сви рамене: „Защо трябва да се тревожим за това? Да приемем, че природата вече се е погрижила за това (и тя е всемогъща), всичко вече е запълнено и нашият етаж е там. Така проблемът с отрицателните енергии е решен!

4. Антиматерия

Въпреки това, докато пише уравнението си, Дирак се натъква на нов проблем: оказва се, че за релативистично описание на електрона две функции не са достатъчни, ще трябва да напишете четири! Какви са тези две допълнителни функции за един електрон? След като помисли малко, Дирак осъзна, че на нашия наводнен под могат да се образуват мехурчета - дупки (природата, разбира се, е всемогъща, но може да си позволи да не е напълно безупречна и да допуска някои дефекти). Изненадващо, такъв балон се държи точно като електрон, по аналогия с мехур, подобен на капчица, висяща над пода: те имат еднаква маса, и двата са заредени. Висяща капка има положителна енергия и е отрицателно заредена, всъщност това е нашият електрон. И балонът (в подземния свят) също има положителна енергия, но знакът на заряда му е обърнат - той е антиелектрон (или позитрон). За да го опишем, бяха необходими две допълнителни функции.

Дирак е вдъхновен от откритието си. Той беше убеден, че античастиците са реални, въпреки че никога преди не са били наблюдавани експериментално. Античастиците бяха открити няколко години по-късно и колегите бяха скептични относно идеята на Дирак, въпреки очевидния успех на теорията му (имайте предвид, че античастиците също разрешават парадокса на Клайн). Дирак очевидно е вярвал безусловно в своята теория. Опитвайки се да намери отговор на критиките за ненаблюдаемостта на позитроните, той бързо осъзна, че позитроните не могат да живеят с нас. Ако се появят някъде близо до нас, веднага ще се унищожат с околните електрони. Затова той съвсем основателно предположи, че ако нашата Слънчева система е изградена от електрони и частици като цяло, то тук няма място за античастици, те трябва да се търсят в други галактики, които не са в контакт с нашата. Сега вярваме, че е вероятно антигалактики да не съществуват: причината е, че антиматерията е малко по-различна от материята.

Позитроните, изобретени от Дирак, скоро бяха открити от Карл Андерсън през . Те са родени от енергийни космически фотони, сдвоени с електрони, но преди последващото унищожение са успели да прелетят известно разстояние и да оставят следи. Интересно е, че позитронът би могъл да бъде открит 5 години по-рано от изключителния руски физик Дмитрий Скобелцин, който видял позитрона, но не могъл да повярва на откритието си. Всички частици трябва да имат античастици, с изключение на наистина неутралните, като фотона (за фотона античастицата е самият той) и днес всички те са открити. Виждаме ги само при специални експерименти. Затова антиматерията често се възприема като напълно абстрактно, може би красиво, но непонятно измислено понятие. Всъщност всичко, което беше обсъдено по-рано, е само фактът за съществуването на античастици, но в природата около нас почти няма такива и какъв е смисълът, дори и да са се научили да ги получават в лаборатории? Но не бързайте със заключенията! Вече се научихме не само да получаваме античастици, но и да ги използваме за нашите нужди.

5. Приложение на антиматерията

Антиматерията изглежда не влияе на ежедневието ни. Въпреки това днес ние използваме за някои доста практически задачи поне най-разпространената и сравнително лесно получена античастица - позитронът. Едно от приложенията на позитроните е намерено в медицината. Има радиоактивни ядра, които излъчват позитрони, които при напускане на ядрото моментално анихилират с електрони от съседни атоми, превръщайки се в два фотона. Пациентът приема малко количество глюкозен аналог с радиоактивен примес (дозата е много малка и не уврежда здравето), подобно на глюкоза вещество се натрупва в активно растящи клетки, които са ракови клетки. Именно в тумора ще настъпи честа електрон-позитронна анихилация и намирането на точното място в тялото, откъдето често се излъчват фотони, остава техническо предизвикателство и това се прави безконтактно: около пациента се прекарва сканиращо устройство, което улавя фотоните. Този метод, който ви позволява да диагностицирате и точно да определите местоположението на тумора, се нарича позитронно-емисионна томография.

Позитроните се използват и в материалознанието. С помощта на специален позитронен микроскоп, който изстрелва позитрони към обекта, който се изследва, е възможно да се изследват повърхностите на полупроводниците за използването им в електрониката. Или можете просто да изследвате проби от всякакви материали, да определите „умора“ на материалите и да намерите микродефекти в тях. Така че тази привидно напълно абстрактна област на знанието обслужва много специфичните интереси на хората.

Структура на материята

Унищожениебавните електрони и позитрони водят до образуването на гама-кванти, а анихилацията на бавните нуклони и антинуклони води до образуването на няколко пи-мезона. В резултат на последващи разпади на мезони се образува твърдо гама-лъчение с енергия на гама-квантите над 70 MeV.

Антиелектрони(позитрони) бяха предсказани от П. Дирак и впоследствие експериментално открити в "душове" от П. Андерсън, който дори не знаеше за предсказанието на Дирак по това време. Това откритие е удостоено с Нобелова награда по физика през 1936 г. Антипротонът е открит през 1955 г. в Беватрон в Бъркли, който също е удостоен с Нобелова награда. През 1960 г. там е открит антинеутрон. С пускането в експлоатация на Серпуховския ускорител нашите физици успяха да излязат в някои отношения - през 1969 г. там бяха открити антихелиеви ядра. Но не беше възможно да се получат атоми на антиматерията. Да, честно казано, за цялото съществуване на ускорителите античастиците са получени в нищожни количества - всички антипротони, синтезирани в CERN за една година, са достатъчни, за да задействат една крушка за няколко секунди.

Синтез на антиматерия

Инсталацията - след като антипротоните напуснат модериращия пръстен - се състои от четири основни части: уловител за улавяне на антипротони, пръстен за съхранение на позитрони, уловител-смесител и антиводороден детектор. Потокът от антипротони първо се забавя от микровълново лъчение, след което се охлажда в резултат на топлообмен с поток от нискоенергийни електрони, след което попада в капан - смесител, където се намира при температура 15 K Устройство за съхранение на позитрони последователно забавя, улавя и акумулира позитрони от радиоактивен източник; около половината от които завършват в смесителен уловител, където се охлаждат допълнително от синхротронно лъчение. Всичко това е необходимо, за да се увеличи значително вероятността за образуване на антиводородни атоми.

В Antiproton Moderator започна ожесточена конкуренция между две групи учени, участници в експериментите ATHENA (39 учени от цял ​​свят) и ATRAP.

В броя на Nature (Nature 2002, vol.419, p.439, ibid p.456), публикуван на 3 октомври 2002 г., участниците в експеримента ATHENA обявиха, че са успели да получат 50 000 атома антиматерия - антиводород. Наличието на атоми на антиматерия беше открито в момента на тяхното унищожаване, доказателство за което се считаше за пресичане в една точка на следи от два твърди кванта, образувани по време на електрон-позитронна анихилация, и следи от пиони, получени в резултат на анихилация на антипротон и протон. Получен е първият „портрет“ на антиматерията (снимка в началото) - компютърно изображение, синтезирано от такива точки. Тъй като само онези атоми, които са се „изплъзнали“ от капана, са били унищожени (а те са били само 130, надеждно преброени), обявените 50 000 антиводородни атома само създават невидим фон на „портрета“.

Проблемът е в това антиводородна анихилацияе записано на общ, по-силен фон на анихилации на позитрони и антипротони. Това, естествено, предизвика здравословен скептицизъм от страна на колегите от сродния конкурентен проект „АТРАП“. Те от своя страна синтезираха антиводород, използвайки същата инсталация и успяха да използват сложни магнитни капани за откриване на антиводородни атоми без никакъв фонов сигнал. Антиводородните атоми, образувани в експеримента, станаха електрически неутрални и, за разлика от позитроните и антипротоните, можеха свободно да напуснат областта, където заредените частици бяха ограничени. Именно там, без предистория, те бяха регистрирани.

Изчислено е, че приблизително 170 000 антиводородни атома са се образували в капана, което изследователите описват в статия, публикувана в Physical Review Letters.

И това вече е успех. Сега полученото количество антиводород може да е достатъчно за изследване на свойствата му. За антиводородни атоми, например, се предлага да се измери честотата на електронния преход 1s-2s (от основното състояние към първото възбудено състояние), като се използват методи на лазерна спектроскопия с висока разделителна способност. (Честотата на този преход във водорода е известна с точност до 1,8·10-14 - не напразно водородният мазер се счита за честотен стандарт.) Според теорията те трябва да са същите като тези на обикновените водород. Ако, например, спектърът на поглъщане се окаже различен, тогава ще трябва да се направят корекции на основните принципи на съвременната физика.

Двигател на антиматерията

Антипротоните мигновено анихилират с уранови ядра и предизвикват тяхното разпадане на фрагменти. Тези фрагменти, заедно с получените гама лъчи, нагряват вътрешността на капсулата толкова много, че там започва термоядрена реакция. Неговите продукти, притежаващи огромна енергия, се ускоряват още по-силно от магнитното поле и отлитат през дюзата на двигателя, осигурявайки на космическия кораб безпрецедентна тяга.

Що се отнася до полета до Марс за един месец, американските физици препоръчват за него да се използва друга технология - ядрено делене, катализирано от антипротони. Тогава целият полет ще изисква 140 нанограма антипротони, без да се брои радиоактивното гориво.

Нови измервания, извършени в Станфордския изследователски център (Калифорния), където е инсталиран линейният ускорител на частици, позволиха на учените да постигнат напредък в отговора на въпроса защо материята преобладава над антиматерията във Вселената.

Резултатите от експеримента потвърждават по-ранните предположения за развитието на дисбаланс на тези противоположни същности. Учените обаче казват, че изследването повдига повече въпроси, отколкото отговори: експериментите с ускорителя не могат да обяснят напълно защо има толкова много материя в космоса - милиарди галактики, пълни със звезди и планети.

Учените, работещи с ускорителя, измерват параметър, известен като синус от две бета (0,74 плюс или минус 0,07). Този показател отразява степента на асиметрия между материята и антиматерията.

Антиматерията и Големият взрив

За да разберат как може да се случи това, физиците разгледаха ефект, наречен нарушение на заряда. За да наблюдават този ефект, учените са изследвали B мезони и анти-B мезони, частици с много кратък живот - трилионни от секундата.

Разликите в поведението на тези полярно противоположни частици показват разликите между материята и антиматерията и отчасти обясняват защо едната доминира над другата. Необходимите за експеримента милиони B-мезони и анти-B-мезони са се образували в резултат на сблъсъка на електрони и позитрони в ускорителя. Първите резултати, получени още през 2001 г., ясно показват нарушение на равенството на зарядите на В-мезоните.

„Това беше важно откритие, но трябва да се съберат много повече данни, за да се установи синусът на две бета като основна константа на квантовата физика“, каза Стюарт Смит от Принстънския университет. „Новите резултати бяха обявени след три години интензивни изследвания и анализ на 88 милиона събития."

Новите измервания са в съответствие с така наречения „стандартен модел“, който описва елементарните частици и техните взаимодействия. Потвърдената степен на дисбаланс на заряда сама по себе си не е достатъчна, за да обясни дисбаланса на материята и антиматерията във Вселената.

„Изглежда, че нещо друго се е случило освен неравенството на заряда, което е причинило преобладаването на материята да стане звезди, планети и живи организми“, коментира Хасан Джавахери, изследовател от университета в Мериленд. „В бъдеще може да успеем да разберем това скрити процеси и ще отговори на въпроса какво е довело Вселената до сегашното й състояние и това ще бъде най-вълнуващото откритие."

Антиматерияе обратното на нормалната материя. По-конкретно, субатомните частици антиматерия имат свойства, които са противоположни на тези, открити в обикновената материя.

Електрическият заряд на тези частици е обърнат. Антиматерията е създадена заедно с материята след Големия взрив, но антиматерията е рядкост в днешната вселена и учените не знаят защо.

За да разберем по-добре антиматерията, трябва да знаем повече за материята. Материята се състои от атоми, които са основните единици на химични елементи като водород, хелий или кислород. Всеки елемент има определен брой атоми: водородът има един атом; хелият има два атома; и така нататък.

Атомната вселена е сложна, защото е пълна с екзотични частици, които физиците едва започват да разбират. От проста гледна точка, атомите имат частици, които са известни като протони и вътре в тях.

Какво получавате, когато комбинирате относителността и квантовата механика? Тук няма шега - просто революционна концепция, изобретена от носителя на Нобелова награда П. Дирак, след като той откри странно несъответствие в уравнение.

Във физиката на елементарните частици всеки тип частица има свързана античастица със същата маса, но противоположни физически заряди (като електрически заряд). Например, античастицата на електрона е антиелектрон (често наричан позитрон). Докато електронът има отрицателен електрически заряд, позитронът има положителен електрически заряд и се генерира естествено при някои видове радиоактивен разпад. Обратното също е вярно: античастицата на позитрона е електрон.

Някои частици, като фотона, са своя собствена античастица. В противен случай, за всяка двойка частици с античастици, едната се обозначава като нормална материя (от вида, от който сме направени), а другата (обикновено с префикса "анти"), както при антиматерията.

Двойките частица-античастица могат да се унищожат една друга, произвеждайки фотони; тъй като зарядите на частицата и античастицата са противоположни, общият заряд се запазва. Например, позитроните, произведени от естествен радиоактивен разпад, бързо се унищожават с електрони, произвеждайки двойки гама лъчи, процес, използван в позитронно-емисионната томография.

Законите на природата са почти симетрични по отношение на частиците и античастиците. Например, антипротон и позитрон могат да образуват антиводороден атом, за който се смята, че има същите свойства като водородния атом. Това води до въпроса защо образуването на материя след Големия взрив е довело до създаването на вселена, съставена почти изцяло от материя.

Къде е?

Частиците антиматерия се създават при високоскоростни сблъсъци. В първите моменти след Големия взрив е съществувала само енергия. Докато Вселената се охлаждаше и разширяваше, частици от материя и антиматерия бяха произведени в еднакви количества. Защо материята доминира е въпрос, който учените все още не са открили.

Една теория предполага, че в началото е била създадена повече нормална материя от антиматерията, така че дори след взаимното унищожение е останала достатъчно нормална материя, за да образува звезди, галактики и нас.

Откриване на антиматерията

Антиматерията е открита за първи път през 1928 г. от английския физик Пол Дирак, когото списание New Scientist нарече „велик британски теоретик като сър Исак Нютон“.

Какво точно беше уравнението на Дирак? Накратко, това беше обширно разширение на теорията на относителността на Айнщайн, съчетано с квантовата механика по начин, който никога преди не е бил правен математически. Дирак открива, че това уравнение отчита съществуването на частици, каквито ги познаваме, както и противоположно заредени частици с магнитни моменти, противоположни на тези на съответните частици материя. Той нарече тези противоположно заредени частици античастици или антиматерия.

Според списанието Дирак комбинира специалното уравнение на относителността на Айнщайн (което казва, че светлината е най-бързо движещото се нещо във Вселената) и квантовата механика (която описва какво се случва в атома). Той установи, че уравнението работи за електрони с отрицателен заряд или с положителен заряд.

Когато частиците на антиматерията взаимодействат с частиците на материята, те се унищожават взаимно и произвеждат енергия. Това накара инженерите да предположат, че космически кораб, задвижван от антиматерия, може да бъде ефективен начин за изследване на Вселената.

НАСА предупреждава, че има огромна уловка с тази идея: струва около 100 милиарда долара за създаването на милиграм антиматерия.

„За да бъде търговско жизнеспособна, тази цена ще трябва да спадне с коефициент приблизително 10 000“, пише агенцията. Производството на енергия създава друго главоболие: „Необходима е много повече енергия, за да се създаде антиматерия, отколкото енергията, която може да се получи от реакция на антиматерия.“

Но това не е спряло НАСА и други групи да работят за подобряване на технологията, за да направят възможно задвижването на антиматерията.