Санкт-Петербургский Государственный Университет
Филологический факультет
Реферат на тему:
Антивещество
Выполнила
студентка IIкурса
болгарского отделения
Наумова Екатерина
Санкт-Петербург
2006
Содержание
Введение… 2
Определение антивещества… 2
Опыты по получению антиатомов … 2
Источники антивещества… 3
Применение антивещества… 4
Заключение… 5
Использованные материалы… 6
Введение
Уже достаточно долгое время ученых физиков интересуетзагадка антивещества. Открытия в этой сфере будут иметь большую практическую ценность.Это весьма перспективная область исследования на сегодняшний день, так какостается много невыясненного в механизме образования антивещества, ведутсяспоры о его источниках, высказываются различные гипотезы, но нет точногообъяснения.
Определениеантивещества
Так что же такое антивещество? Антивещество –это материя, которая состоит из античастиц. Если ядраатомов вещества состоят из протонов и нейтронов, а электроны образуют оболочкиатомов, то в антивеществе ядра включают в себя, соответственно, антипротоныи антинейтроны, а вместоэлектронов в их оболочках позитроны.
Антивещество называют зеркальным отражениемвещества, его близнецом. Согласно современным теориям, ядерные силы,обусловливающие устойчивость атомных ядер, одинаковы для частиц и античастиц. Зарядывсех античастиц противоположны зарядам соответствующих частиц, отрицательнозаряженные ядра антиатомов притягивают позитроны точно так же, как ядрапритягивают электроны в атомах. Поэтому вся иерархия строения вещества изчастиц должна быть осуществима и для антивещества, состоящего из античастиц.
При взаимодействии антивещества с веществомвыделяется огромное количество энергии, именно это и делает синтезированиеантивещества столь желаемым.
Опыты по получению антиатомов
Первыми экспериментально доказали возможностьсуществования комплексов из античастиц, подобных комплексам из частиц,американские физики под руководством Л. Ледермана в 1965 г. Они получили наускорителе и зарегистрировали первое антиядро — антидейтрон (связанноесостояние антипротона и антинейтрона).
Через четыре года советские физики(руководительЮ. Д. Прокошкин) в экспериментах наускорителе протонов зарегистрировали ядра антигелия-3, состоящие из 2антипротонов и антинейтрона.
Затем ставились опыты по переходу материи вантиматерию и обратно. Согласно опубликованным 15 апреля 2006 г. в Токиорезультатам международного исследования, такая смена состояний обнаружена украйне нестабильной субатомной частицы Bs-мезона, которая образуется врезультате столкновения потоков электронов и позитронов.
В ходе экспериментов в американскойНациональной лаборатории ускорителей элементарных частиц имени Ферми (Батавия,штат Иллинойс), установлено, что эта смена состояний вещества и антивеществапроисходит со скоростью 2,8 триллиона раз в секунду. «Если представить,что материя и антиматерия находятся в танце, то мы установили, что у этого танца чрезвычайно быстрыйтемп”, — пояснил представитель института Жакобо Конигсберг.
Источники антивещества.
Американскими учеными из Северо-Западногоуниверситета, расположенного в Эванстоне (Иллинойс), Морской исследовательскойлаборатории (Вашингтон) и еще нескольких научных учреждений США было обнаруженосуществование потока антиматерии, который исходит из центра нашей Галактики перпендикулярноее плоскости на расстояние 3 тыс. световых лет. Максимальный диаметр выбросасоставляет 4 тыс. световых лет.
Выброс антиматерии был обнаружен в результатеобработки данных, получаемых с ноября 1996 года от направленногосцинтилляционного спектрометра, установленного на спутнике-обсерватории.Исследователи изучали карты и снимкигалактических источников гамма-излучений, полученных со спутника, на которых,как и ожидалось, были обозначены известные области антиматерии, лежащие вплоскости галактики в центральной ее части. Неожиданностью, то есть открытием,стало то, что на картах было обнаружено компактное облако антиматерии, котороевырывалось из центра галактики перпендикулярно ее плоскости.
Позитроны – редкие посетители нашейВселенной. Антиматерия в виде антипротонов или целых антиатомов вообще никогдане обнаруживалась в естественных условиях: она была синтезирована влабораторных экспериментах. Существует несколько естественных путейвозникновения позитронов в космосе.
Например, распад природных радиоактивныхэлементов. Сами радиоактивные элементы непрерывно образуются при протеканиитермоядерных реакций в таких космических объектах, как сверхновые, новые,звезды Вольфа-Рейета, то есть в больших звездах, имеющих фиолетовуюспектральную характеристику поверхности. А поскольку такие объекты довольнотипичны для нашей Галактики, то радиоактивных материалов – аследовательно, и позитронов – должно хватать. Кстати, все радиоактивныевещества на Земле – звездного происхождения.
Другой причиной возникновения позитроновявляется распад материи в условиях чрезвычайно сильного гравитационного поля,которое должно существовать в черных дырах. По мере затягивания в черную дырутемпература материи растет – до тех пор пока не произойдет полный распад,при котором высвободятся электроны и позитроны, вырывающиеся из дыры на бешеныхскоростях.
Количество позитронов, производимых чернойдырой, может значительно меняться во времени (конечно, по космической временнойшкале), поскольку все зависит от того, когда очередной кусок материи отближайших звезд будет затянут в дыру. А вот количество позитронов, производимыхобщими процессами распада радиоактивных элементов, остается в Галактике почтинеизменным.
Третьей причиной возникновения позитроновможет быть то, что в области центра Галактики на протяжении последнего миллионалет сливаются две массивные нейтронные звезды. Никем не доказано, нообщепризнано, что процесс слияния может быть источником многих загадочных явлений,связанных с гамма-излучением, ставящим втупик астрономов вот уже более двадцати лет.
Применение антивещества
Но интерес к антивеществу — антиматерии отнюдь не чисто теоретический. Двигатель на антивеществе можетработать, например, следующим образом. Сначала создают два облака изнескольких триллионов антипротонов, которые от соприкосновения с материейудерживает электромагнитная ловушка. Потом между ними вводят частичку топливавесом в 42 нанограмма. Она представляет собой капсулу из урана-238, в которуюзаключена смесь дейтерия и гелия-3 или дейтерия и трития.
Антипротоны моментальноаннигилируют с ядрами урана и вызывают их распад на фрагменты. Эти фрагменты,вместе с образовавшимися гамма-квантами, так сильно разогревают внутренностькапсулы, что там начинается термоядерная реакция. Ее продукты, обладающиеогромной энергией, еще сильнее разгоняются магнитным полем и улетают черезсопло двигателя, обеспечивая космическому кораблю неслыханную тягу.
Для полета к Марсу за один месяцамериканские физики рекомендуют использовать другую технологию — ядерноеделение, катализируемое антипротонами. Тогда на весь полет потребуется 140нанограммов антипротонов, не считая радиоактивного топлива.
Заключение
В заключение вспомним, что укаждой частицы есть античастица, ученым удалось синтезировать антиатомы,источником античастиц является поток антивещества в центре нашей Вселенной иантиводород в будущем может стать альтернативным источником энергии, имеющимогромные преимущества перед другими видами топлива.
Таким образом мы видим, что антивеществодействительно является огромным полем для исследования. Открытие его законов,«приручение» антивещества – далеко не самые последние задачи, стоящие передфизиками. Эти открытия будут иметь огромную ценность не только с точки зрения«чистой» науки, но и прикладных ее отраслей.
Использованные источники:
1. www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/061/657.htm
2. www.computerra.ru/offline/1997/196/534/
3. www.newsru.com/world/19sep2002/anti.html
4. gizmod.ru/2006/04/15/zafiksirovali_perexod_materii_v_antiveschestvo/
5. www.tradehome.ru/news62338.html