Bagaimana cara terbang ke Mars dalam sebulan? Untuk melakukan ini, Anda perlu memberi dorongan yang baik pada pesawat ruang angkasa. Sayangnya, bahan bakar terbaik yang tersedia untuk manusia - nuklir memberikan impuls spesifik selama 3000 detik, dan penerbangannya berlangsung selama berbulan-bulan. Bukankah ada sesuatu yang lebih energik? Secara teoritis ada: fusi termonuklir; ia memberikan impuls ratusan ribu detik, dan penggunaan antimateri akan memberikan impuls jutaan detik.
Inti antimateri dibangun dari antinukleon dan kulit terluarnya terdiri dari positron. Karena invarian dari interaksi kuat sehubungan dengan konjugasi muatan (invarian C), antinuklei memiliki spektrum massa dan energi yang sama dengan inti yang terdiri dari nukleon yang sesuai, dan atom antimateri dan materi harus memiliki struktur dan sifat kimia yang identik, dengan satu HO tunggal, tumbukan suatu benda, terdiri dari materi, dengan objek antimateri mengarah pada pemusnahan partikel dan antipartikel yang termasuk dalam komposisinya.
Pemusnahan elektron dan positron lambat menyebabkan pembentukan gamma quanta, dan pemusnahan nukleon dan antinukleon lambat mengarah pada pembentukan beberapa pi-meson. Sebagai hasil dari peluruhan meson berikutnya, terbentuk radiasi gamma keras dengan energi kuanta gamma lebih dari 70 MeV.
Antielektron (positron) diprediksi oleh P. Dirac dan kemudian secara eksperimental ditemukan di "pancuran" oleh P. Anderson, yang bahkan tidak tahu tentang prediksi Dirac pada saat itu. Penemuan ini dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1936. Antiproton ditemukan pada tahun 1955 di Bevatron di Berkeley, yang juga dianugerahi Hadiah Nobel. Pada tahun 1960, antineutron ditemukan di sana. Dengan komisioning akselerator Serpukhov, fisikawan kita juga berhasil maju dalam beberapa hal - pada 1969 inti antihelium ditemukan di sana. Tetapi atom antimateri tidak dapat diperoleh. Sejujurnya, selama keberadaan akselerator, antipartikel telah menerima jumlah yang dapat diabaikan - semua antiproton yang disintesis di CERN dalam setahun akan cukup untuk mengoperasikan satu bola lampu listrik selama beberapa detik.
Pesan pertama tentang sintesis sembilan atom antimateri-antihidrogen dalam kerangka proyek ATRAP (CERN) muncul pada tahun 1995. Setelah ada sekitar 40 ns, atom tunggal ini mati, melepaskan jumlah radiasi yang ditentukan (yang tercatat). Tujuannya jelas dan upaya yang dibenarkan, tugas ditentukan, dan pada tahun 1997, di dekat Jenewa, berkat bantuan keuangan internasional, CERN memulai pembangunan desselerator (jangan menerjemahkannya dengan padanan disonan dari "inhibitor"), yang memungkinkan untuk memperlambat antiproton ("dingin") kembali sepuluh juta kali lipat selama pemasangan tahun 1995. Perangkat ini, yang disebut Antiproton Moderator (AD), mulai beroperasi pada Februari 2002.
Penyiapan, setelah antiproton meninggalkan cincin yang melambat, terdiri dari empat bagian utama: perangkap untuk menjebak antiproton, cincin penyimpanan positron, perangkap pencampur, dan detektor antihidrogen. Fluks antiproton pertama-tama diperlambat oleh radiasi gelombang mikro, kemudian didinginkan sebagai hasil dari pertukaran panas dengan fluks elektron berenergi rendah, setelah itu jatuh ke dalam perangkap - pencampur, yang berada pada suhu 15 K. Perangkat penyimpanan positron secara berturut-turut melambat, menangkap dan mengakumulasi positron dari sumber radioaktif; sekitar setengah dari mereka jatuh ke dalam perangkap pencampuran, di mana mereka juga didinginkan oleh radiasi sinkrotron. Semua ini diperlukan untuk secara signifikan meningkatkan kemungkinan pembentukan atom antihidrogen.
Di Antiproton Moderator, persaingan ketat antara dua kelompok ilmuwan, peserta dalam eksperimen ATHENA (39 ilmuwan dari berbagai negara di dunia) dan ATRAP, dimulai.
Dalam Nature 2002, vol. 419, hal. 439, ibid hal. 456), yang diterbitkan pada tanggal 3 Oktober 2002, percobaan ATHENA mengklaim bahwa mereka telah berhasil menghasilkan 50.000 atom antimateri - antihidrogen. Keberadaan atom antimateri dicatat pada saat pemusnahannya, yang dibuktikan dengan perpotongan pada satu titik jejak dua kuanta keras yang terbentuk selama pemusnahan elektron-positron, dan jejak pion yang dihasilkan dari pemusnahan antiproton dan proton. "Potret" antimateri pertama (foto di awal) diperoleh - gambar komputer yang disintesis dari titik-titik tersebut. Karena hanya atom-atom yang "lolos" dari jebakan yang dimusnahkan (dan hanya ada 130 yang dapat dihitung dengan andal), 50.000 atom antihidrogen yang dinyatakan hanya menciptakan latar belakang yang tidak terlihat dari "potret".
Video promosi:
Masalahnya adalah bahwa pemusnahan antihidrogen dicatat dengan latar belakang pemusnahan positron dan antiproton yang umum dan lebih kuat. Hal ini, tentu saja, menyebabkan skeptisisme yang sehat di antara rekan-rekan dari proyek ATRAP yang bersaing. Mereka, pada gilirannya, setelah mensintesis antihidrogen di fasilitas yang sama, mampu mendaftarkan atom antihidrogen dengan bantuan perangkap magnet kompleks tanpa sinyal latar belakang. Atom antihidrogen yang terbentuk dalam percobaan menjadi netral secara elektrik dan, tidak seperti positron dan antiproton, dapat dengan bebas meninggalkan wilayah di mana partikel bermuatan terbatas. Di sanalah, tanpa latar belakang, mereka terdaftar.
Diperkirakan sekitar 170.000 atom antihidrogen terbentuk dalam perangkap tersebut, seperti yang dilaporkan para peneliti dalam sebuah artikel yang diterbitkan di Physical Review Letters.
Dan ini sudah sukses. Sekarang jumlah antihidrogen yang diterima mungkin cukup untuk mempelajari sifat-sifatnya. Untuk atom antihidrogen, misalnya, diusulkan untuk mengukur frekuensi transisi elektronik 1s-2s (dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi pertama) dengan metode spektroskopi laser resolusi tinggi. (Frekuensi transisi dalam hidrogen ini diketahui dengan akurasi 1,8 · 10-14 - bukan tanpa alasan bahwa maser hidrogen dianggap sebagai standar frekuensi.) Menurut teori, mereka harus sama seperti pada hidrogen biasa. Jika, misalnya, spektrum serapan ternyata berbeda, Anda harus melakukan penyesuaian pada fondasi dasar fisika modern.
Tetapi minat pada antimateri - antimateri sama sekali tidak teoretis. Mesin antimateri dapat bekerja, misalnya, sebagai berikut. Pertama, dua awan dari beberapa triliun antiproton diciptakan, yang dicegah menyentuh materi dengan perangkap elektromagnetik. Kemudian partikel bahan bakar 42-nanogram disuntikkan di antara mereka. Ini adalah kapsul uranium-238 yang mengandung campuran deuterium dan helium-3, atau deuterium dan tritium.
Antiproton langsung musnah dengan inti uranium dan menyebabkannya membusuk menjadi fragmen. Fragmen-fragmen ini, bersama-sama dengan gamma quanta yang dihasilkan, memanaskan bagian dalam kapsul sedemikian rupa sehingga reaksi termonuklir dimulai di sana. Produknya, yang memiliki energi yang luar biasa, dipercepat bahkan lebih oleh medan magnet dan terbang melalui nozel mesin, memberikan pesawat ruang angkasa dengan daya dorong yang belum pernah terdengar.
Adapun penerbangan ke Mars dalam satu bulan, fisikawan Amerika merekomendasikan penggunaan teknologi lain untuk itu - fisi nuklir yang dikatalisis oleh antiproton. Maka seluruh penerbangan akan membutuhkan antiproton 140 nanogram, belum termasuk bahan bakar radioaktif.
Pengukuran baru yang dilakukan di Stanford Research Center (California), di mana akselerator partikel linier dipasang, telah memungkinkan para ilmuwan membuat kemajuan dalam menjawab pertanyaan mengapa materi mengalahkan antimateri di alam semesta.
Hasil percobaan mengkonfirmasi asumsi sebelumnya tentang perkembangan ketidakseimbangan entitas yang berlawanan ini. Namun, para ilmuwan mengatakan bahwa penelitian yang dilakukan telah menimbulkan lebih banyak pertanyaan daripada jawaban: eksperimen dengan akselerator tidak dapat memberikan penjelasan lengkap mengapa ada begitu banyak materi di luar angkasa - miliaran galaksi dipenuhi dengan bintang dan planet.
Ilmuwan yang bekerja dengan akselerator mengukur parameter yang dikenal sebagai sinus dua beta (0,74 plus atau minus 0,07). Indikator ini mencerminkan derajat asimetri antara materi dan antimateri.
Sebagai hasil dari Big Bang, jumlah materi dan antimateri yang sama seharusnya terbentuk, yang kemudian musnah dan tidak menyisakan apa pun selain energi. Namun, alam semesta yang kita amati adalah bukti tak terbantahkan tentang kemenangan materi atas antimateri.
Untuk memahami bagaimana ini bisa terjadi, fisikawan melihat efek yang disebut pelanggaran kesetaraan muatan. Untuk mengamati efek ini, para ilmuwan mempelajari B-meson dan anti-B-meson, partikel dengan rentang hidup yang sangat pendek - seperseribu detik.
Perbedaan perilaku dari partikel yang sangat berlawanan ini menunjukkan perbedaan antara materi dan antimateri dan sebagian menjelaskan mengapa yang satu menang atas yang lain. Jutaan B-meson dan anti-B-meson yang diperlukan untuk percobaan terbentuk sebagai hasil dari tumbukan pada akselerator berkas elektron dan positron. Hasil pertama, diperoleh kembali pada tahun 2001, jelas menunjukkan pelanggaran kesetaraan biaya untuk B-mesons.
"Ini adalah penemuan penting, tetapi masih banyak data yang perlu dikumpulkan untuk memvalidasi sinus dua beta sebagai konstanta fundamental dalam fisika kuantum," kata Stewart Smith dari Universitas Princeton. "Hasil baru diumumkan setelah tiga tahun penelitian intensif dan analisis terhadap 88 juta peristiwa."
Pengukuran baru ini konsisten dengan apa yang disebut "model standar", yang mendeskripsikan partikel elementer dan interaksinya. Tingkat pelanggaran yang pasti atas kesetaraan muatan saja tidak cukup untuk menjelaskan ketidakseimbangan materi dan antimateri di alam semesta.
“Rupanya, selain ketidaksetaraan muatan, terjadi hal lain, yang menyebabkan dominasi materi berubah menjadi bintang, planet, dan organisme hidup,” komentar Hassan Jawahery, anggota staf Universitas Maryland. “Di masa depan, kita mungkin bisa memahami proses tersembunyi ini dan menjawab pertanyaan tentang apa yang membawa alam semesta ke keadaannya sekarang dan ini akan menjadi penemuan yang paling menarik."
