Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα καθήκοντα που αντιμετωπίζει η σύγχρονη επιστήμη είναι η αποκάλυψη των μυστηρίων του σύμπαντος. Είναι γνωστό ότι τα πάντα στον κόσμο αποτελούνται από ύλη ή ουσία. Όμως, σύμφωνα με τις υποθέσεις των επιστημόνων, τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης δεν σχηματίστηκε μόνο η ουσία που απαρτίζει όλα τα αντικείμενα του γύρω κόσμου, αλλά και η λεγόμενη αντιύλη, αντιύλη και, επομένως, τα αντισωματίδια του θέμα.
Αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου
Το πρώτο αντισωματίδιο του οποίου η ύπαρξη είχε προβλεφθεί και στη συνέχεια αποδείχθηκε επιστημονικά ήταν το ποζιτρόνιο.
Για να κατανοήσουμε την προέλευση αυτού του αντισωματιδίου, αξίζει να αναφερθούμε στη δομή του ατόμου. Είναι γνωστό ότι ο πυρήνας ενός ατόμου περιέχει πρωτόνια (θετικά φορτισμένα σωματίδια) και νετρόνια (σωματίδια που δεν έχουν φορτίο). Τα ηλεκτρόνια κυκλοφορούν στις τροχιές του - σωματίδια με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο.
Το ποζιτρόνιο είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου. Έχει θετικό φορτίο. Στη φυσική, το σύμβολο για ένα ποζιτρόνιο μοιάζει με αυτό: e+ (το σύμβολο που χρησιμοποιείται για να δηλώσει ένα ηλεκτρόνιο είναιe-). Αυτό το αντισωματίδιο εμφανίζεται ως αποτέλεσμα ραδιενεργής διάσπασης.
Πώς διαφέρει ένα ποζιτρόνιο από ένα πρωτόνιο;
Το φορτίο του ποζιτρονίου είναι θετικό, επομένως η διαφορά του από το ηλεκτρόνιο και το νετρόνιο είναι προφανής. Αλλά το πρωτόνιο, σε αντίθεση με το ηλεκτρόνιο και το νετρόνιο, έχει επίσης θετικό φορτίο. Μερικοί άνθρωποι κάνουν το λάθος να πιστεύουν ότι ένα ποζιτρόνιο και ένα πρωτόνιο είναι ουσιαστικά το ίδιο πράγμα.
Η διαφορά είναι ότι ένα πρωτόνιο είναι ένα σωματίδιο, ένα μέρος της ουσίας, της ύλης που συνθέτει τον κόσμο μας, η οποία είναι μέρος κάθε ατομικού πυρήνα. Το ποζιτρόνιο είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου. Δεν έχει καμία σχέση με το πρωτόνιο, εκτός από ένα θετικό φορτίο.
Ποιος ανακάλυψε το ποζιτρόνιο;
Για πρώτη φορά, η ύπαρξη του ποζιτρονίου προτάθηκε από τον Άγγλο φυσικό Paul Dirac το 1928. Η υπόθεσή του ήταν ότι ένα αντισωματίδιο με θετικό φορτίο αντιστοιχεί στο ηλεκτρόνιο. Επιπλέον, ο Dirac πρότεινε ότι, έχοντας συναντηθεί, και τα δύο σωματίδια θα εξαφανίζονταν, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας στη διαδικασία. Μια άλλη από τις υποθέσεις του ήταν ότι υπάρχει μια αντίστροφη διαδικασία κατά την οποία ένα ηλεκτρόνιο και ένα σωματίδιο εμφανίζονται αντίστροφα από αυτό. Η φωτογραφία δείχνει τα ίχνη ενός ηλεκτρονίου και των αντισωματιδίων του
Μερικά χρόνια αργότερα, ο φυσικός Carl Anderson (ΗΠΑ), φωτογραφίζοντας σωματίδια με θάλαμο σύννεφων και μελετώντας τα ίχνη τους, ανακάλυψε ίχνη σωματιδίων παρόμοια με τα ηλεκτρόνια. Ωστόσο, τα ίχνη είχαν αντίστροφη καμπυλότητα από το μαγνητικό πεδίο. Επομένως, η φόρτισή τους ήταν θετική. Η αναλογία φορτίου σωματιδίων προς μάζα ήταν ίδια με αυτή ενός ηλεκτρονίου. Έτσι, η θεωρία του Dirac επιβεβαιώθηκε πειραματικά. Ο Άντερσον έδωσεΑυτό το αντισωματίδιο ονομάζεται ποζιτρόνιο. Για την ανακάλυψή του, ο επιστήμονας τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής.
Το συζευγμένο σύστημα ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων ονομάζεται "ποζιτρόνιο".
Αφανισμός
Ο όρος "εκμηδενισμός" μεταφράζεται ως "εξαφάνιση" ή "καταστροφή". Όταν ο Paul Dirac πρότεινε ότι το ηλεκτρόνιο του σωματιδίου και το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου θα εξαφανιστούν σε μια σύγκρουση, ήταν ο αφανισμός τους. Με άλλα λόγια, αυτός ο όρος περιγράφει τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ ύλης και αντιύλης, που οδηγεί στην αμοιβαία εξαφάνισή τους και στην απελευθέρωση ενεργειακών πόρων κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Ως εκ τούτου, η καταστροφή της ύλης δεν συμβαίνει, αρχίζει μόνο να υπάρχει σε διαφορετική μορφή.
Κατά τη σύγκρουση ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου, παράγονται φωτόνια - κβάντα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Δεν έχουν ούτε φορτίο ούτε μάζα ηρεμίας.
Υπάρχει επίσης μια αντίστροφη διαδικασία που ονομάζεται "γέννηση ενός ζευγαριού". Σε αυτή την περίπτωση, το σωματίδιο και το αντισωματίδιο εμφανίζονται ως αποτέλεσμα ηλεκτρομαγνητικής ή άλλης αλληλεπίδρασης.
Ακόμη και όταν ένα ποζιτρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο συγκρούονται, απελευθερώνεται ενέργεια. Αρκεί να φανταστούμε σε τι θα οδηγήσει η σύγκρουση πολλών σωματιδίων με αντισωματίδια. Το ενεργειακό δυναμικό του αφανισμού για την ανθρωπότητα είναι ανεκτίμητο.
Αντιπρωτόνιο και αντινετρόνιο
Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι εφόσον το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου υπάρχει στη φύση, τότε άλλα θεμελιώδη σωματίδια θα πρέπειέχουν αντισωματίδια. Το αντιπρωτόνιο και το αντινετρόνιο ανακαλύφθηκαν το 1955 και το 1956 αντίστοιχα. Ένα αντιπρωτόνιο έχει αρνητικό φορτίο, ένα αντινετρόνιο δεν έχει φορτίο. Τα ανοιχτά αντισωματίδια ονομάζονται αντινουκλεόνια. Έτσι, η αντιύλη έχει την εξής μορφή: οι πυρήνες των ατόμων αποτελούνται από αντινουκλεόνια και τα ποζιτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα.
Το 1969, το πρώτο ισότοπο αντιηλίου ελήφθη στην ΕΣΣΔ.
Το 1995, αναπτύχθηκε αντιυδρογόνο στο CERN (το ευρωπαϊκό εργαστήριο πυρηνικής έρευνας).
Λήψη αντιύλης και η σημασία της
Όπως ειπώθηκε, τα αντισωματίδια του ηλεκτρονίου, του πρωτονίου και του νετρονίου είναι σε θέση να εκμηδενιστούν με τα αρχικά τους σωματίδια, δημιουργώντας ενέργεια κατά τη σύγκρουση. Επομένως, η μελέτη αυτών των φαινομένων έχει μεγάλη σημασία για διάφορους τομείς της επιστήμης.
Η λήψη αντιύλης είναι μια εξαιρετικά μακρά, επίπονη και δαπανηρή διαδικασία. Για αυτό, κατασκευάζονται ειδικοί επιταχυντές σωματιδίων και μαγνητικές παγίδες, οι οποίες θα πρέπει να συγκρατούν την προκύπτουσα αντιύλη. Η αντιύλη είναι η πιο ακριβή ουσία μέχρι σήμερα.
Αν η παραγωγή αντιύλης μπορούσε να τεθεί σε κυκλοφορία, τότε η ανθρωπότητα θα εφοδιαζόταν με ενέργεια για πολλά χρόνια. Επιπλέον, η αντιύλη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία καυσίμου πυραύλων, επειδή, στην πραγματικότητα, αυτό το καύσιμο θα είχε ληφθεί απλώς από την επαφή της αντιύλης με οποιαδήποτε ουσία.
Απειλή κατά της ύλης
Όπως πολλές ανακαλύψεις που έγιναν από τον άνθρωπο, η ανακάλυψη των αντισωματιδίων ηλεκτρονίων και νουκλεονίων μπορεί να παρουσιάσει τους ανθρώπους μεσοβαρή απειλή. Όλοι γνωρίζουν τη δύναμη της ατομικής βόμβας και την καταστροφή που μπορεί να προκαλέσει. Όμως η δύναμη της έκρηξης κατά την επαφή της ύλης με την αντιύλη είναι κολοσσιαία και πολλές φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη μιας ατομικής βόμβας. Έτσι, αν μια μέρα εφευρεθεί μια «αντιβόμβα», η ανθρωπότητα θα τεθεί στο χείλος της αυτοκαταστροφής.
Τι συμπεράσματα μπορούμε να βγάλουμε;
- Το σύμπαν αποτελείται από ύλη και αντιύλη.
- Τα αντισωματίδια του ηλεκτρονίου και των νουκλεονίων ονομάζονται "ποζιτρόνια" και "αντινουκλεόνια".
- Τα αντισωματίδια έχουν το αντίθετο φορτίο.
- Η σύγκρουση ύλης και αντιύλης οδηγεί σε εκμηδένιση.
- Η ενέργεια του αφανισμού είναι τόσο μεγάλη που μπορεί να εξυπηρετήσει το όφελος ενός ατόμου και να απειλήσει την ύπαρξή του.
