Антиматерія: що це таке та для чого вона нам потрібна

Чутки про антиматерію часто зринали поряд з чутками про Великий адронний колайдер. Саме там можна було отримати цю дивну речовину. У свідомості людей іноді формувалася думка, що це спричинить мало не появу чорної діри.

Але ми можемо бути спокійними, адже за словами фахівців, антиматерія – це не так страшно. Ба більше, у Всесвіті можуть існувати цілі зірки з антиматерії. А деякі люди навіть "відчули" антиматерію на собі під час проведення медичної радіоізотопної діагностики.

Експеримент BASE покликаний виготовити та зберегти антиматерію у лабораторії / Фото New Atlas

Що таке антиматерія

Антиматерія це не "злий двійник" звичайної матерії, який покликаний усе знищити. Це така ж частина нашого світу, як і звичайна матерія. Різниця криється на мікрорівні – частинки антиматерії мають протилежний звичайні матерії заряд. Саме тому, коли матерія та антиматерія "зустрічають", то виникає фактично вибух з виділенням енергії.

Антиречовина з'являється у світі й цілком природнім шляхом. Наприклад, внаслідок радіоактивного розпаду Калію-40 в бананах. Але такі античастинки відразу зникають через зіткнення зі звичайними частинками.

Слід розуміти, що практично у кожної частинки є своя античастинка. Їх відрізняє виключно заряд.

Протон – антипротон.
Нейтрон – антинейтрон.
Електрон – антиелектрон, який більш відомий як позитрон.

А от фотони чи нейтрино не можуть "похвалитися" наявністю античастинок – кожен з них сам собі античастинка.

Антиматерія у "дикій природі"

Цікаво, що атоми речовини та антиречовини одного і того ж хімічного елемента дадуть ідентичний спектр. А от чи реагує антиматерія на гравітацію так само як звичайна матерія – невідомо. Теоретично, їх не має нічого відрізняти й антиречовина повинна падати вниз ідентично звичайній речовині. Але на практиці ми це перевірити поки що не можемо.

Річ у тім, що уся наявна у нас антиматерія зберігається у спеціальних пастках Пеннінга – там частинка антиречовини повисає у вакуумі, утримувана у такій позиції електромагнітними полями. Якщо електромагнітні поля вимкнути, то антиречовина впаде та анігілюється.

Оскільки виготовлення частинок антиматерії складне та дороге, у нас є дуже мала кількість для вивчення. Тому просто кидати її об землю, щоб "подивитися, а що буде" ніхто не наважувався. Хоча, звісно, такі проєкти є.

Великий вибух

Науковці припускають, що в момент Великого вибуху утворилася однакова кількість матерії та антиматерії. Проблема полягає у тому, що за такого сценарію нічого б не могло виникнути, адже частинки та античастинки постійно б стикалися та вибухали.

Також науковці припускають, що антиматерія, як і звичайна матерія, могла зібратися до купи та утворити цілі зірки та галактики. Якщо вони розташовані окремо та якомога далі від "звичайних" галактик зі звичайної речовини, то вони цілком могли б існувати та не бути знищеними.

Але підтверджень таким теоріям немає. Оскільки зустріч матерії та антиматерії спричиняє фактично вибух, то ми б фіксували такі події постійно, адже Всесвіт переповнений елементарними частинками, атомами та молекулами, які летять у всі сторони.

Тому, якщо ми не фіксуємо таких спонтанних та протяжних гамма-спалахів, це може означати, що зірок з антиречовини немає.

Антиматерія та творчість

"Тему антиречовини" активно використовують у комп'ютерних іграх, книгах та фільмах.

У серії популярних ігор Mass Effect антиречовина використовується на військових космічних кораблях. Ці велетенські судна потребують великої кількості енергії для прискорення в бою, тому у реакційну камеру з воднем викидаються антипротони. У результаті взаємодії відбувається анігіляція матерії та антиматерії з виділенням величезної кількості енергії, що й забезпечує високу швидкість космічних кораблів.
Також можна згадати британського письменника-фантаста Пітера Гамільтона та цикл його романів під загальною назвою "Пришестя Ночі". У цьому всесвіті антиматерія грає типову для себе роль: джерело енергії. Щоправда, через терористичні акти виготовлення антиматерії у вигаданій Конфедерації було заборонено й цим займаються переважно нечисті на руку люди – пірати. Антиречовина використовується у вигляді зброї чи для прискорення космічних кораблів за аналогією в іграх Mass Effec.
З фільмів мало не найбільше запам'ятовується екранізація однойменного роману Дена Брауна "Янголи та демони". Виготовлену в колайдері антиматерію викрадають та планують використати як зброю.

Де можна використовувати антиматерію

Енергія, звісно. Під час взаємної анігіляції речовини та антиречовини виділяється велетенська кількість енергії. Але сьогодні, щоб виготовити 1 грам антиматерії потрібно потратити близько 25 мільярдів доларів. Поки буде зберігатися висока ціна та низькі темпи виробництва, двигунів на антиматерії ми не побачимо.

Дорожнеча ж "ставить хрест" на використанні антиречовини у вигляді зброї. Хоча є одне "але" – 1 грам антиматерії еквівалентний 40-кілотонній ядерній бомбі. Тому тут усе виглядає досить перспективно – 40 кілотонн можна пронести у кишені.

Також антиматерія використовується повсякденно у медицині. Мова йде про позитронно-емісійну томографію. Як пам'ятаємо, позитрон – це античастинка електрона. При ПЕТ-скануванні пацієнтам вводять радіоактивну речовину, яка випускає позитрони при розпаді частинок.

Ці позитрони потім стикаються з електронами у тканинах пацієнта, випускаючи гамма-фотони, які фіксуються спеціальною камерою. Відстежуючи гамма-фотони, лікарі можуть отримати тривимірні зображення органів та пухлин.