Objek alam semesta - galaksi, bintang, quasar, planet, supernova, hewan, dan manusia - terdiri dari materi. Ini dibentuk oleh berbagai partikel elementer - quark, lepton, boson. Tetapi ternyata ada partikel di mana satu bagian dari karakteristik sepenuhnya bertepatan dengan parameter "asli", dan yang lain memiliki nilai yang berlawanan. Sifat ini mendorong para ilmuwan untuk memberi agregat partikel semacam itu nama umum "antimateri".
Juga menjadi jelas bahwa mempelajari zat misterius ini jauh lebih sulit daripada mendaftar. Antipartikel dalam keadaan stabil belum ditemukan di alam. Masalahnya adalah materi dan antimateri memusnahkan (saling memusnahkan satu sama lain) melalui "kontak". Sangat mungkin untuk mendapatkan antimateri di laboratorium, meskipun cukup sulit untuk menampungnya. Sejauh ini, para ilmuwan hanya dapat melakukan ini selama beberapa menit.
Menurut teori tersebut, Big Bang seharusnya menghasilkan jumlah partikel dan antipartikel yang sama. Tetapi jika materi dan antimateri saling lenyap, maka mereka seharusnya lenyap pada saat yang bersamaan. Mengapa alam semesta ada?
“Lebih dari 60 tahun yang lalu, teori mengatakan bahwa semua sifat antipartikel sama dengan sifat partikel biasa di ruang angkasa yang dipantulkan secara khusus. Akan tetapi, pada paruh pertama tahun 60-an ditemukan bahwa dalam beberapa proses kesimetrian ini tidak terpenuhi. Sejak itu, banyak model teoritis telah dibuat, puluhan percobaan telah dilakukan untuk menjelaskan fenomena ini. Sekarang teori yang paling berkembang adalah bahwa perbedaan jumlah materi dan antimateri dikaitkan dengan apa yang disebut pelanggaran simetri-CP (dari kata muatan - "muatan" dan paritas - "paritas"). Tetapi belum ada yang tahu jawaban yang dapat diandalkan untuk pertanyaan mengapa ada lebih banyak materi daripada antimateri,”jelas Alexey Zhemchugov, profesor madya dari Departemen Masalah Dasar dan Terapan Fisika Dunia Mikro dari Institut Fisika dan Teknologi Moskow.
Sejarah antimateri dimulai dengan persamaan gerak elektron, yang larutannya memiliki energi negatif. Karena para ilmuwan tidak dapat membayangkan arti fisik dari energi negatif, mereka "menemukan" sebuah elektron dengan muatan positif, menyebutnya "positron".
Ia menjadi antipartikel pertama yang ditemukan secara eksperimental. Instalasi, mencatat sinar kosmik, menunjukkan bahwa lintasan gerak beberapa partikel dalam medan magnet mirip dengan lintasan elektron - hanya saja mereka dibelokkan ke arah yang berlawanan. Kemudian pasangan meson-antimeson ditemukan, antiproton dan antineutron terdaftar, dan kemudian para ilmuwan dapat mensintesis antihidrogen dan inti antihelium.
Lintasan gerak elektron dan positron dalam medan magnet / Ilustrasi oleh RIA Novosti. Alina Polyanina
Apa arti semua "anti" ini? Kami biasanya menggunakan awalan ini untuk menunjukkan fenomena yang berlawanan. Sedangkan untuk antimateri - dapat mencakup analog dari partikel elementer yang memiliki muatan berlawanan, momen magnet dan beberapa karakteristik lainnya. Tentu saja, semua sifat sebuah partikel tidak dapat dibalik. Misalnya, massa dan masa hidup harus selalu positif, dengan fokus pada mereka, partikel dapat dikaitkan dengan satu kategori (misalnya, proton atau neutron).
Video promosi:
Jika kita membandingkan proton dan antiproton, maka beberapa karakteristiknya sama: massa keduanya adalah 938.2719 (98) megaelektronvolt, spin ½ (spin disebut momentum sudut intrinsik suatu partikel, yang mencirikan rotasinya, sementara partikel itu sendiri diam). Tetapi muatan listrik proton adalah 1, dan antiproton memiliki minus 1, bilangan baryon (menentukan jumlah partikel yang berinteraksi kuat yang terdiri dari tiga quark) masing-masing adalah 1 dan minus 1.
Proton dan antiproton / Ilustrasi oleh RIA Novosti. Alina Polyanina
Beberapa partikel, seperti Higgs boson dan foton, tidak memiliki anti-analog dan disebut netral sejati.
Kebanyakan antipartikel, bersama dengan partikel, muncul dalam proses yang disebut berpasangan. Pembentukan pasangan seperti itu membutuhkan energi tinggi, yaitu kecepatan yang luar biasa. Di alam, antipartikel muncul ketika sinar kosmik bertabrakan dengan atmosfer bumi, di dalam bintang masif, di samping pulsar dan inti galaksi aktif. Ilmuwan menggunakan akselerator tumbukan untuk ini.
Bagian akselerasi dari Large Hadron Collider, tempat partikel dipercepat / Foto: CERN
Studi tentang antimateri memiliki aplikasi praktis. Intinya adalah bahwa pemusnahan materi dan antimateri menghasilkan foton berenergi tinggi. Katakanlah kita mengambil kumpulan proton dan antiproton dan mulai secara bertahap melepaskannya satu sama lain melalui tabung khusus, secara harfiah satu per satu. Pemusnahan satu kilogram antimateri melepaskan jumlah energi yang sama dengan pembakaran 30 juta barel minyak. Seratus empat puluh nanogram antiproton sudah cukup untuk penerbangan ke Mars. Masalahnya, dibutuhkan lebih banyak energi untuk menghasilkan dan menahan antimateri.
Namun, antimateri sudah digunakan dalam praktik, dalam pengobatan. Tomografi emisi positron digunakan untuk diagnostik di bidang onkologi, kardiologi dan neurologi. Metode ini didasarkan pada pengiriman materi yang membusuk dengan emisi positron ke organ tertentu. Misalnya, zat yang mengikat dengan baik pada sel kanker dapat bertindak sebagai pengangkut. Di area yang diperlukan, peningkatan konsentrasi isotop radioaktif dan, akibatnya, positron dari peluruhannya terbentuk. Positron segera musnah dengan elektron. Dan kita bisa memperbaiki titik pemusnahan dengan mendaftarkan gamma quanta. Dengan demikian, dengan bantuan tomografi emisi positron, dimungkinkan untuk mendeteksi peningkatan konsentrasi zat transpor di tempat tertentu.
