Generelt. Forskning. Teknologi

Antimateriale blev afkølet til næsten absolut nul af en laserstråle

Mens du og jeg har travlt med vores daglige aktiviteter,forskere ved CERN køler antimateriale til næsten absolut nul og er faktisk på randen til at opdage ny fysik. Og da der ikke er noget mere interessant i verden end universets hemmeligheder, foreslår jeg at udsætte tingene et stykke tid og springe ind i den fantastiske fysiske verden. Til at begynde med blev teorien om antimateriale først foreslået af den engelske teoretiske fysiker, en af ​​grundlæggerne af kvanteteorien Paul Dirac i 1928. Bare fire år senere blev hans teori bekræftet. I dag ved vi, at forskere kalder det æteriske modsatte af stof antimateriale. Dens partikler er identiske med deres materielle modstykker med undtagelse af deres fysiske egenskaber - hvor en elektron har en negativ ladning, har dens antimateriale tvilling, en positron, en positiv. Årsagen til, at vi ikke støder på antimateriale så ofte som normalt stof, er fordi de tilintetgøres med hinanden ved kontakt, hvilket gør det ekstremt vanskeligt at opbevare og studere antimateriale i hverdagen.

For første gang brugte fysikere laserlys (violet) til at afkøle antimateriale. De grå linjer viser antihydrogenatomets bevægelse inden afkøling; blå efter.

Materie og antimaterie

Teorien, der beskriver det meste afvekselvirkninger af alle elementære partikler, som videnskaben kender, kaldes standardmodellen. Hvis det er korrekt, burde alle fysiske egenskaber og kemiske grundstoffer i stof og antimateriepartikler (med undtagelse af ladning) have været de samme - kosmologer mener, at stof og antimateriale i universet i de første sekunder efter Big Bang var ca. lige. Dette strider imidlertid mod virkeligheden, og forskere har i mange årtier argumenteret for, hvorfor der ikke er noget antimateriale i det observerbare univers.

Mange forskere i dag mener, at svaret erdet er nødvendigt at se efter de mindste forskelle i opførsel, egenskaber og struktur af partikler af stof og antimateriale. Sådanne forskelle kan for eksempel eksistere i masserne af protoner og antiprotoner, men til dato er der ingen beviser for denne teori. Årsagen ligger især i manglen på en række værktøjer til komplekse manipulationer med partikler af antimateriale.

Se også: Sammenbrud af standardmodellen - en lille partikels wobling overtræder kendte fysiske love

For nylig har fysikere fra Den Europæiske Organisation fornuklear forskning (CERN) i Schweiz inden for rammerne af ALPHA-2-projektet forsøgte at løse problemet med antimateriale ved hjælp af en speciel magnetisk fælde til positroner og antiprotoner, takket være hvilke der dannes enkelte antihydrogenatomer.

Eksperiment ALPHA på CERN.

Antihydrogen - det enkleste stabile atom, som bestårkun fra partikler af antimateriale, nemlig antiproton og antielektron (positron). I 1995 blev 11 antihydrogenatomer produceret ved reaktioner i en partikelaccelerator ved CERN. Hvert atom eksisterede kun i nogle få snesevis af nanosekunder.

Det skal bemærkes, at forskere ved hjælp af den såkaldte magnetiske fælde mere end en gang har raffineret massen af ​​enkelte antiprotoner og antihydrogenatomer og også målt deres interaktion med tyngdekraften.

Hvordan afkøles antimateriale?

Accelererende almindelige stofpartikler til hastighed,tæt på lysets hastighed og derefter bryde dem sammen var et team af forskere fra Canada i stand til at skabe antipartikler. Forskerne manipulerede derefter og bremsede de accelererende antipartikler ved hjælp af ekstremt stærke magnetiske og elektriske felter. Til sidst lykkedes det dem at fælde skyerne af positroner og antiprotoner i et magnetfelt, før de kombinerede for at danne antihydrogen. Da dette skete, afkølede fysikere antihydrogenskyen ved at sprænge den op med en laser. Men hvordan kan du endda afkøle noget med en laser?

Vær opmærksom på lasere, deranvendt i ALPHA-2 til måling af positroner, antihydrogen og antiprotons egenskaber, tillod forskere at spekulere i, at de kunne bruges til at "nedsætte" bevægelsen af ​​partikler og derved afkøle antimateriale.

Under undersøgelsen, hvis resultateroffentliggjort i tidsskriftet Nature, har fysikere valgt en speciel driftsfrekvens til lasere, hvor stråler af lyspartikler, der genereres af dem, kun interagerede med de antihydrogenatomer, der bevægede sig mod detektorerne i det accelererende anlæg. Dette tillod forskere hurtigt at opnå en sjælden sky af atomer af stof og antimateriale, som bevægede sig meget langsomt og praktisk talt ikke kolliderede med hinanden.

Vil du altid være opmærksom på de seneste nyheder fra videnskabens verden og populære teknologier? Abonner på vores kanal på Google Nyheder for ikke at gå glip af noget interessant!

Hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, Makoto Fujiwara, står foran ALPHA eksperimentelle apparater på CERN i Schweiz.

Ved at bestråle antihydrogenatomer på denne måde forskeretil sidst blev de afkølet til en tyvendedel af en grad over absolut nul, hvilket gjorde antimateriale mere end 3.000 gange koldere end den koldeste registrerede temperatur i Antarktis. Fysikere spores også antihydrogenpartikler med fotoner (lette partikler). Som forfatterne af undersøgelsen bemærker, øger den første afkøling af antimateriale nøjagtigheden af ​​sådanne målinger mindst fire gange.

Dette er interessant: Fysikere har overvejet universets struktur. Er der ikke længere brug for mørk energi?

I mellemtiden ny forskning inden for dette områdeskulle hjælpe forskere med at afdække nogle af universets største hemmeligheder, såsom hvordan tyngdekraften påvirker antimateriale, og om nogle af de grundlæggende teoretiske symmetrier, som fysikken foreslår, er virkelige. ”I fremtiden ønsker vi at få et antiatom i et vakuum og opdele det i et kvantesuperposition, så det skaber et interferensmønster med sig selv, ”forklarer forfatterne af undersøgelsen i et interview med WordsSideKick.com.

Dette skyldes, at kvanteoverlejring tillader detmeget små partikler, såsom antihydrogen, vises mere end et sted ad gangen. Fordi kvantepartikler opfører sig som både en partikel og en bølge, kan de forstyrre hinanden og skabe et mønster af toppe og trug, ligesom bølger fra havet bevæger sig gennem brændingen. Kort sagt er der stadig meget arbejde fremad, men fremtiden vil helt sikkert medføre store ændringer i vores forståelse af det omgivende univers.