მატერია-ანტიმატერია განსხვავება მსგავსება

პირველი ობიექტი, შემდგარი მთლიანად ანტინაწილაკებისგან, სინთეზირებულ იქნა 1965 წელს – ანტიდეიტრონი. 1995 წელს კი ევროპის ბირთვული კვლევების ცენტრში (CE RN) სინთეზირებული იქნა ანტიწყალბადის ბირთვი, შემდგარი მთლიანად პოზიტრონებისა და ანტიპროტონებისგან.

 2010 წელს, ევროპის ბირთვული კვლევების ცენტრის ფიზიკოსებმა შექმნეს ნეიტრალური ანტიწყალბადის რამდენიმე ატომი და შეძლეს მათი მცირე ხნით შეკავება მაგნიტურ დამჭერში. ადრე, ქმნიდნენ რა ანტიმატერიას, მეცნიერები ვერ ახერხებდნენ მის კვლევას, რადგან ანტიწყალბადი ძალიან სწრაფად ანიჰილირდება ჩვეულებრივ მატერიასთან შეხებისთანავე. ამჯერად, მკვლევარებმა შეძლეს საკმაოდ ნელი (ცივი) ანტიატომების მიღება, ისე, რომ ატომები 0,1-0,2 წამით შეაყოვნეს ე.წ. ”მაგნიტურ ბოთლში”.

 ანიჰილაცია – ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების ერთმანეთთან შეჯახების მერე სხვა განსხვავებულ ნაწილაკებად გადაქცევის რეაქციაა. ელექტრონისა და პოზიტრონის ანიჰილაციის დროს სამი ფოტონი გამოსხივდება, დიდ ენერგიებზე შესაძლებელია მეტ ფოტონებადაც გადაქცევა, ხოლო ასეულობით მევ. ენერგიაზე ეს ნაწილაკები გადაიქცევა ჰადრონებად. 1 კგ. მატერიისა და ამდენივე ანტიმატერიის ანიჰილაციის დროს გამოსხივდება 1,8×10¹7 ჯოული ენერგია, რაც 47 მეგატონა (!!!) ტროტილის ექვივალენტის ტოლია. ყველაზე მძლავრი თერმობირთვული ბომბი, რომელიც სსრკ-მ ააფეთქა იწონიდა 20 ტონას და აფეთქების სიმძლავრე 50 მეგატონაიყო. ანიჰილაციის დროს ენერგიის 50% ნეიტრინოების სახით გამოსხივდება, დაბალი ენერგიის ნეიტრინოები კი თითქმის არ ურთიერთქმედებენ მატერიასთან, მათთვის რამოდენიმე დედამიწის ზომის პლანეტის წიაღში გავლა პრობლემას არ წარმოადგენს.

 ანტიპროტონების მწარმოებელი “ფაბრიკები” მუშაობდა, ანტინაწილაკების გამოყენება დაიწყეს მედიცინაში (პოზიტრონული ტომოგრაფია, პროტონული ქირურგია). საბოლოოდ, ამაჩქარებელმა ტექნიკამ მიაღწია დონეს, რომელიც საჭირო იყო ნამდვილი ანტინივთიერების მისაღებად – ანუ უნდა მომხდარიყო ანტიელექტრონების (პოზიტრონების) მიერთება ანტიბირთვთან (ანტიპროტონებთან) და მიღებული ანტიატომის კვლევა. პირველ რიგში, საინტერესოა ასეთი ატომის გამოსხივების სპექტრი. თუ აღმოჩნდა, რომ ანტიწყალბადი ცოტათი მაინც განსხვავდება წყალბადისგან, მაშინ სამყაროში ნივთიერება-ანტინივთიერების ასიმეტრიულ გავრცელების საიდუმლოს აეხდებოდა ფარდა. ამავე დროს ანტინივთიერება შეიძლება ყოფილიყო “ანტი” ყველანაირი გაგებით, ანუ შეიძლება ჰქონოდა ანტიგრავიტაციული თვისება, უარყოფითი მასა. საქმე იმაშია, რომ თუ უარყოფით მასას ნიუტონის კანონებში შევიტანთ, მივიღებთ პარადოქსულ შედეგებს. მიზიდულობის კანონი გადაიქცევა მასისა და ანტიმასის განზიდულობის კანონად, მექანიკის კანონები კი სრულ უაზრობად. თუმცა ამ პარადოქსის ამოხსნა შესაძლებელია. ნიუტონის კანონები ემყარება გრავიტაციული მასის ექვივალენტობის (რომელიც მსოფლიო მიზიდულობის კანონში დევს) და ინერციულობის პრინციპებს (მექანიკის კანონები). ეს პრინციპი არ არის დამტკიცებული – უბრალოდ არ არის ნაპოვნი მტკიცებულება მის არამართებულობაზე. აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, გრავიტაცია არა მხოლოდ ძალაა, არამედ დრო-სივრცის დეფორმაცია, მისი გეომეტრია. მაგალითად, თუ სინათლის სხივი ვარსკვლავის მახლობლად მოძრაობს, მაშინ ის ვარსკვლავისკენ გადაიხრება, ანუ მასა ახდენს დრო-სივრცის დეფორმაციას შეკუმშვით. ანტივარსკვლავის არსებობის შემთხვევაში მოხდებოდა დეფორმაცია გაფართოებით და სხივი ვარსკვლავიდან განიზიდებოდა. ანტიმატერიის ანტიგრავიტაციით აიხსნებოდა პირველის გაქრობა ხილული სამყაროს ფარგლებიდან – გრავიტაციულმა ძალებმა ის უბრალოდ გააძევა მატერიიდან ძალიან შორს. აშკარაა, რომ ასეთ შემთხვევაში ანტინაწილაკის მასის ნიშნის (+ ან -) დადგენა შეუძლებელია იქამდე, სანამ გაურკვეველია მათი ურთიერთქმედების ნიშანი დედამიწის მიზიდულობის ძალის მიმართ (განიზიდება თუ მიიზიდება). ეს კი მხოლოდ ნეიტრალური ატომის შემთხვევაში შეიძლება მოხდეს – ნაწილაკზე მოქმედი გაცილებით ძლიერი ელექტრული და მაგნიტური ველი მასზე მოქმედ სუსტ გრავიტაციულ ძალას ფარავს. ცერნსა და ტევატრონზე ჩატარებულ ექსპერიმენტებში ასეთი ნაწილაკები თითქმის სინათლის სხივის სიჩქარით მოძრაობენ და უზუსტესი გაზომვების ჩატარება შეუძლებელია. ამასობაში ცერნის ძველი ამაჩქარებელი გამოვიდა მწყობრიდან. მხოლოდ 2002 წელს მოხდა სამუშაოების გაგრძელება და პირველი ანტიწყალბადის ნელი ატომების მიღება. თუმცა ამ ნაწილაკებზე ექსპერიმენტების ჩატარებაც შეუძლებელია: ისინი ძალიან სწრაფად ანიჰილირდება. საჭირო იყო კარგი მაგნიტური “ხაფანგი”, რომელიც ანტიატომებს ვაკუუმში დაიჭერდა, აქ კი მკვლევარებს სერიოზული პრობლემა ექმნებოდათ.

ანტიწყალბადი

მოწყობილობა სახელად ALPHA . თხევადი ჰელიუმის საშუალებით ცივდება(ფოტო Niels Madsen, ALPHA, CERN).

 ევროპის ბირთვული კვლევების ცენტრის (CERN) ფიზიკოსებმა შექმნეს ნეიტრალური ანტიწყალბადის რამდენიმე ატომი და შეძლეს მათი შეკავება მაგნიტურ დამჭერში, მცირე ხნით. ადრე, ქმნიდნენ რა ანტიმატერიას, მეცნიერები ვერ ახერხებდნენ მის კვლევას, რადგან ანტიწყალბადი ძალიანსწრაფად ანიჰილირდება ჩვეულებრივ მატერიასთან კონტაქტის თანავე. ამჯერად მკვლევარებმა შეძლეს საკმაოდ ნელი(ცივი) ანტიატომების მიღება, ისე, რომ ატომები 0,1-0,2 წამით შეაყოვნეს ”მაგნიტურ ბოთლში”.

  ანტიწყალბადის ატომების შესაკავებლად, მაგნიტური დამჭერი, მათ მაგნიტურ თვისებებს იყენებს. ზემოთ ნაჩვენებია დამჭერის ცენტრალური ნაწილი. ფიზიკოსებს მოუწიათ 10 მილიონი ანტიპროტონისა და 700 მილიონი პოზიტრონის (ელექტრონის ანტინაწილაკი) შექმნა. მათი ურთიერთქმედებით წარმოიქმნა ათასობით ანტიწყალბადის ატომი. უმრავლესობამ მომენტალურად დატოვა მაგნიტური ბოთლი და ანიჰილირდა, მხოლოდ 38 მათგანი შეყოვნდა მაგნიტური ველების ქსელში იმდენ ხანს, რამდენიც შესაძლებელს ხდიდა მათზე რაიმე გაზომვების ჩატარებას. მეცნიერები გეგმავენ გაიღრმაონ გამოცდილება ანტიმატერიის მიღებასა და მის დიდხანს დაჭერაში მაგნიტურ ხაფანგში. ანტიწყალბადის კვლევით ფიზიკოსები ცდილობენ ამოხსნან ამოცანა ასიმეტრიისა მატერიასა და ანტიმატერიას შორის, მათი იდუმალი დისბალანსი სამყაროში – დიდი აფეთქების მერე მატერიასა და ანტიმატერიას შორის თანაფარდობა დაირღვა, რის გამოც სამყარო არსებობს მატერიის სახით, ანტიმატერიის უმნიშვნელო რაოდენობით.