Слайд 2Антиматерия — материя,
состоящая из античастиц
Слайд 3о
позитрон – антиэлектрон, предсказанный теоретически Дираком, был найден в космических
лучах К. Андерсоном в 1932 году.
(Нобелевская премия –1936
г.)
антипротон – в 1955 году (Чемберлен, Сегре, Ипсилантис).
(Нобелевскую премию получили Э. Сегре и О. Чемберлен в 1959 г.)
Обнаружение
первых античастиц
Слайд 4Первые искусственные античастицы –
ядра антидейтерия,
содержащие антипротон и антинейтрон,
были синтезированы в 1965 году
(Leiderman и др.) в Европейской
лаборатории физики элементарных частиц
(CERN, Женева, Швейцария) и Брукхейвенской национальной лаборатории (США)
Слайд 5Затем ядра антигелия-3
(два антипротона и антинейтрон) и
антитрития (антипротон
и два антинейтрона) были синтезированы в 1969 году Ю. Прокошкиным и
др. на 70-ГэВ протонном ускорителе в Институте физики высоких энергий (Протвино, СССР)
Слайд 6В ЦЕРНе на низкоэнергетическом антипротонном кольце интернациональная команда под руководством
Вальтера Элерта (W.Oelert) синтезировала в 1995 году первые девять атомов
антивещества – антиводорода в результате столкновений антипротонов и атомов ксенона
(антипротоны полетали через газообразный ксенон примерно 3 миллиона раз в секунду)
Схема установки, позволившей впервые получить атомы антиводорода
Слайд 7В 1996 году в Национальной ускорительной Ферми лаборатории (Fermi National
Accelerator Laboratory, Batavia, USA) также были получены антиатомы водорода.
Атомы антиподы:
водород и антиводород
Слайд 8При прохождении через атом ксенона антипротон затрачивал часть своей энергии
на создание пары электрон-позитрон, а в достаточно редких случаях близости
скоростей антипротона и позитрона возникал антиатом водорода:
Эти антиатомы существовали биллионные доли секунды на протяжении около десяти метров, после чего аннигилировали с обычным веществом. Получаемый в результате аннигиляции сигнал и служил подтверждением создания атомов антивещества.
Слайд 9Впервые «собрать» из субатомных античастиц атомы антиматерии в 2002 году
сотрудникам CERN
Изучая антиатомы, физики рассчитывают прояснить вопрос о недостатке
антивещества во Вселенной, но до сих пор ученым не удавалось удерживать антиводород от аннигиляции с "обычной" материей достаточное для изучения время.
Слайд 10В 2010 году физикам впервые удалось кратковременно поймать в «ловушку»
атомы антивещества.
Для этого ученые охлаждали облако, содержащее около 30000 антипротонов,
до температуры 200 К (-73,150 С), и облако из 2*106 позитронов до температуры 40 К (- 233,150 С).
Физики охлаждали антивещество в ловушке Пеннинга, встроенной внутрь ловушки Иоффе-Питчарда. В общей сложности было поймано 38 атомов, которые удерживались 172 мс.
Ловушка Пеннинга
Слайд 11
Потери
Потери энергии за единицу времени составляют
где q, m, ε
- соответственно заряд, масса и энергия частицы, с – скорость
света
Слайд 13Объединению античастиц
помогает и лазер
В 1991 г. экспериментально наблюдалось явление
лазерно – стимулированной рекомбинации электронов и протонов , приводящее к
образованию атомов водорода.
При этом использовалось либо излучение СО2 лазера, либо длинный импульс лазера на красителе.
Слайд 14По той же схеме можно стимулировать рекомбинацию позитрона и антипротона.
Слайд 15Ученые из ATHENA Collaboration регистрировали атомы антиводорода при высвобождении их
из ловушки, когда они аннигилировали при взаимодействии с ее стенками.
Всего
было зарегистрировано около 130 случаев аннигиляции атомов антиводорода, что (по оценке) соответствует примерно 50000 образовавшимся атомам.
Слайд 16Ученые из ATRAP Collaboration смогли зарегистрировать атомы антиводорода без какого-либо
фонового сигнала
Слайд 17В мае 2011 года результаты предыдущего эксперимента удалось значительно улучшить
— на этот раз было поймано 309 антипротонов, которые удерживались
1000 секунд. Дальнейшие эксперименты по удержанию антивещества призваны показать наличие или отсутствие для антивещества эффекта антигравитации.
Слайд 18При взаимодействии вещества и антивещества их масса превращается в энергию.
Такую реакцию называют аннигиляцией.
Подсчитано, что при вступлении во взаимодействие 1 кг
антиматерии и 1 кг материи выделится приблизительно 1,8×1017 ДЖ энергии, что эквивалентно энергии выделяемой при взрыве 42,96 Мт тротила. Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, «Царь-бомба» (вес ~ 20 т), соответствовало 57 Мт. Следует отметить, что порядка 50% энергии, выделившейся при аннигиляции (реакции пары нуклон-антинуклон), выделяется в форме нейтрино, которые практически не взаимодействуют с веществом.
Слайд 19В космосе позитроны рождаются при взаимодействии с веществом гамма-квантов и
энергичных частиц космических лучей, а также при распаде некоторых типов
этих частиц. Таким образом, часть первичных космических лучей составляют позитроны, так как в отсутствие электронов они стабильны. В некоторых областях Галактики обнаружены аннигиляционные гамма-линии, доказывающие присутствие позитронов.
Слайд 20В нормальных условиях частицы антиматерии практически мгновенно уничтожаются за счет
контакта с обычной материей, превращаясь в гамма-лучи. Считается, что в
первые мгновения после Большого Взрыва количество позитронов и электронов во Вселенной было примерно одинаково, однако при остывании эта симметрия нарушилась. Пока температура Вселенной не понизилась до 1 МэВ, тепловые фотоны постоянно поддерживали в веществе определённую концентрацию позитронов путём рождения электрон-позитронных пар (такие условия существуют и сейчас в недрах горячих звёзд). После охлаждения вещества Вселенной ниже порога рождения пар оставшиеся позитроны аннигилировали с избытком
электронов.
