stringtranslate.com

Антиматерия

Фотография первого наблюдаемого позитрона , сделанная в камере Вильсона 2 августа 1932 года.

В современной физике антиматерия определяется как материя, состоящая из античастиц (или «партнеров») соответствующих частиц в «обычной» материи, и может рассматриваться как материя с обратным зарядом, четностью и временем, известная как обращение CPT . Антиматерия встречается в естественных процессах, таких как столкновения космических лучей и некоторые типы радиоактивного распада , но только крошечная часть из них была успешно связана вместе в экспериментах для образования антиатомов. Незначительное количество античастиц может быть получено на ускорителях частиц ; однако общее искусственное производство составило всего несколько нанограммов . [1] Макроскопическое количество антиматерии никогда не было собрано из-за чрезвычайной стоимости и сложности производства и обработки. Тем не менее, антиматерия является важным компонентом широко доступных приложений, связанных с бета-распадом , таких как позитронно-эмиссионная томография , лучевая терапия и промышленная визуализация.

Теоретически частица и ее античастица (например, протон и антипротон ) имеют одинаковую массу , но противоположный электрический заряд и другие различия в квантовых числах .

Столкновение любой частицы и ее античастицы-партнера приводит к их взаимному уничтожению , что приводит к появлению различных пропорций интенсивных фотонов ( гамма-лучей ), нейтрино и иногда менее массивных пар частица-античастица. Большая часть полной энергии уничтожения возникает в форме ионизирующего излучения . Если присутствует окружающая материя, энергетическое содержание этого излучения будет поглощено и преобразовано в другие формы энергии, такие как тепло или свет. Количество высвобождаемой энергии обычно пропорционально общей массе столкнувшейся материи и антиматерии в соответствии с известным уравнением эквивалентности массы и энергии , E = mc2 . [2]

Античастицы связываются друг с другом, образуя антиматерию, так же как обычные частицы связываются, образуя нормальную материю. Например, позитрон ( античастица электрона ) и антипротон (античастица протона) могут образовать атом антиводорода . Ядра антигелия были получены искусственно, хотя и с трудом, и являются самыми сложными антиядрами, которые наблюдались до сих пор. [3] Физические принципы указывают на то, что возможны сложные атомные ядра антиматерии, а также антиатомы, соответствующие известным химическим элементам.

Существуют веские доказательства того, что наблюдаемая Вселенная почти полностью состоит из обычной материи, а не из равной смеси материи и антиматерии. [4] Эта асимметрия материи и антиматерии в видимой Вселенной является одной из величайших нерешенных проблем в физике . [5] Процесс, посредством которого, как предполагается, возникло это неравенство между частицами материи и антиматерии, называется бариогенезисом .

Определения

Частицы антиматерии несут тот же заряд, что и частицы материи, но противоположного знака. То есть антипротон заряжен отрицательно, а антиэлектрон ( позитрон ) заряжен положительно. Нейтроны не несут суммарного заряда, но составляющие их кварки несут. Протоны и нейтроны имеют барионное число +1, в то время как антипротоны и антинейтроны имеют барионное число –1. Аналогично, электроны имеют лептонное число +1, в то время как позитроны имеют лептонное число –1. Когда частица и соответствующая ей античастица сталкиваются, они обе преобразуются в энергию. [6] [7] [8]

Французский термин , означающий «сделанный из антиматерии или относящийся к ней», contraterrene , привёл к появлению аббревиатуры «CT» и научно-фантастического термина seetee [9] , который используется в таких романах, как «Корабль Seetee» [10] .

Концептуальная история

Идея отрицательной материи появляется в прошлых теориях материи, которые теперь заброшены. Используя некогда популярную вихревую теорию гравитации , возможность материи с отрицательной гравитацией обсуждалась Уильямом Хиксом в 1880-х годах. Между 1880-ми и 1890-ми годами Карл Пирсон предположил существование «струй» [11] и стоков потока эфира . Струи представляли собой обычную материю, а стоки — отрицательную материю. Теория Пирсона требовала четвертого измерения для того, чтобы эфир мог вытекать и втекать. [12]

Термин антиматерия впервые был использован Артуром Шустером в двух довольно причудливых письмах в Nature в 1898 году, [13] в которых он придумал этот термин. Он выдвинул гипотезу об антиатомах, а также о целых солнечных системах из антиматерии и обсудил возможность взаимного уничтожения материи и антиматерии. Идеи Шустера не были серьезным теоретическим предложением, а всего лишь предположением, и, как и предыдущие идеи, отличались от современной концепции антиматерии тем, что она обладала отрицательной гравитацией . [14]

Современная теория антиматерии началась в 1928 году со статьи [15] Поля Дирака . Дирак понял, что его релятивистская версия волнового уравнения Шредингера для электронов предсказывает возможность антиэлектронов . Хотя Дирак заложил основу для существования этих «антиэлектронов», он изначально не смог уловить следствия, содержащиеся в его собственном уравнении. Он свободно отдал должное этому пониманию Дж. Роберту Оппенгеймеру , чья основополагающая статья «О теории электронов и протонов» (14 февраля 1930 года) опиралась на уравнение Дирака и утверждала существование положительно заряженного электрона (позитрона), который как аналог электрона должен иметь ту же массу, что и сам электрон. Это означало, что он не мог быть, как фактически предполагал Дирак, протоном. Дирак далее постулировал существование антиматерии в статье 1931 года, в которой позитрон назывался «антиэлектроном». [16] [17] Они были открыты Карлом Д. Андерсоном в 1932 году и названы позитронами от "положительного электрона". Хотя сам Дирак не использовал термин антиматерия, его использование достаточно естественно следует из антиэлектронов, антипротонов и т. д. [18] Полная периодическая таблица антиматерии была представлена ​​Чарльзом Жане в 1929 году. [19]

Интерпретация Фейнмана -Штюкельберга утверждает, что антиматерия и античастицы ведут себя точно так же, как обычные частицы, но движутся назад во времени. [ необходимо разъяснение ] [20] Эта концепция в настоящее время используется в современной физике элементарных частиц в диаграммах Фейнмана . [21]

Обозначение

Один из способов обозначить античастицу — добавить черту над символом частицы. Например, протон и антипротон обозначаются как
п
и
п
, соответственно. То же правило применяется, если бы мы обращались к частице по ее составным компонентам. Протон состоит из ты ты г кварков , поэтому антипротон должен быть образован изты ты г антикварки . Другое соглашение заключается в различении частиц по положительному и отрицательному электрическому заряду . Таким образом, электрон и позитрон обозначаются просто как
е−
и
е+
соответственно. Однако, чтобы избежать путаницы, эти два соглашения никогда не смешиваются.

Характеристики

Нет никакой разницы в гравитационном поведении материи и антиматерии. Другими словами, антиматерия падает вниз при падении, а не вверх. Это было подтверждено с помощью тонкого, очень холодного газа из тысяч атомов антиводорода , которые были заключены в вертикальной шахте, окруженной сверхпроводящими электромагнитными катушками. Они могут создать магнитную бутылку , чтобы не допустить соприкосновения антиматерии с материей и ее аннигиляции. Затем исследователи постепенно ослабляли магнитные поля и обнаруживали антиатомы с помощью двух датчиков, когда они выходили и аннигилизировались. Большая часть антиатомов выходила из нижнего отверстия, и только одна четверть — из верхнего. [22]

Существуют убедительные теоретические основания полагать, что, помимо того факта, что античастицы имеют разные знаки на всех зарядах (таких как электрические и барионные заряды), материя и антиматерия имеют совершенно одинаковые свойства. [23] [24] Это означает, что частица и соответствующая ей античастица должны иметь одинаковые массы и время жизни распада (если она нестабильна). Это также подразумевает, что, например, звезда, состоящая из антиматерии («антизвезда»), будет светиться так же, как обычная звезда. [25] Эта идея была экспериментально проверена в 2016 году экспериментом ALPHA , который измерил переход между двумя самыми низкими энергетическими состояниями антиводорода . Результаты, которые идентичны результатам для водорода, подтвердили справедливость квантовой механики для антиматерии. [26] [27]

Происхождение и асимметрия

Большая часть наблюдаемой с Земли материи, по-видимому, состоит из материи, а не из антиматерии. Если бы существовали регионы космоса, в которых доминирует антиматерия, гамма-лучи, образующиеся в реакциях аннигиляции вдоль границы между регионами материи и антиматерии, можно было бы обнаружить. [28]

Античастицы создаются повсюду во Вселенной , где происходят столкновения частиц высокой энергии. Космические лучи высокой энергии, ударяясь об атмосферу Земли (или любую другую материю в Солнечной системе ), производят ничтожно малые количества античастиц в образующихся струях частиц , которые немедленно уничтожаются при контакте с близлежащей материей. Они могут аналогичным образом образовываться в таких областях, как центр Млечного Пути и других галактик, где происходят очень энергичные небесные события (в основном взаимодействие релятивистских струй с межзвездной средой ). Присутствие образовавшейся антиматерии можно обнаружить по двум гамма-лучам, образующимся каждый раз, когда позитроны аннигилируют с близлежащей материей. Частота и длина волны гамма-лучей указывают на то, что каждый несет 511  кэВ энергии (то есть массу покоя электрона, умноженную на c 2 ).

Наблюдения спутника Европейского космического агентства INTEGRAL могут объяснить происхождение гигантского облака антиматерии, окружающего Галактический центр. Наблюдения показывают, что облако асимметрично и соответствует образцу рентгеновских двойных (двойных звездных систем, содержащих черные дыры или нейтронные звезды), в основном по одну сторону Галактического центра. Хотя механизм не полностью понят, он, вероятно, включает в себя производство пар электрон-позитрон, поскольку обычная материя приобретает кинетическую энергию, падая в звездный остаток . [29] [30]

Антиматерия может существовать в относительно больших количествах в далеких галактиках из-за космической инфляции в изначальное время Вселенной. Галактики антиматерии, если они существуют, как ожидается, будут иметь ту же химию и спектры поглощения и испускания, что и галактики обычной материи, а их астрономические объекты будут наблюдательно идентичны, что делает их трудноразличимыми. [31] НАСА пытается определить, существуют ли такие галактики, ища рентгеновские и гамма-сигнатуры событий аннигиляции в сталкивающихся сверхскоплениях . [32]

В октябре 2017 года ученые, работающие над экспериментом BASE в ЦЕРНе, сообщили об измерении магнитного момента антипротона с точностью 1,5 части на миллиард. [33] [34] Это согласуется с самым точным измерением магнитного момента протона (также выполненным BASE в 2014 году), что подтверждает гипотезу симметрии CPT . Это измерение представляет собой первый случай, когда свойство антиматерии известно более точно, чем эквивалентное свойство материи.

Квантовая интерферометрия антиматерии была впервые продемонстрирована в 2018 году в Позитронной лаборатории (L-NESS) Рафаэля Феррагута в Комо ( Италия ) группой под руководством Марко Джаммарки. [35]

Натуральное производство

Позитроны естественным образом производятся в β + распадах природных радиоактивных изотопов (например, калия-40 ) и во взаимодействиях гамма-квантов (испускаемых радиоактивными ядрами) с веществом. Антинейтрино — это еще один вид античастиц, создаваемых естественной радиоактивностью (β− распадом ). Многие различные виды античастиц также производятся (и содержатся в) космическими лучами . В январе 2011 года исследования Американского астрономического общества обнаружили антиматерию (позитроны), возникающую над грозовыми облаками; позитроны производятся во вспышках земного гамма-излучения, создаваемых электронами, ускоренными сильными электрическими полями в облаках. [36] [37] Антипротоны также были обнаружены в поясах Ван Аллена вокруг Земли модулем PAMELA . [38] [39]

Античастицы также производятся в любой среде с достаточно высокой температурой (средняя энергия частиц больше порога образования пар ). Предполагается, что в период бариогенезиса, когда Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной, материя и антиматерия непрерывно производились и уничтожались. Наличие остаточной материи и отсутствие обнаруживаемой остаточной антиматерии [40] называется барионной асимметрией . Точный механизм, который создал эту асимметрию во время бариогенезиса, остается нерешенной проблемой. Одним из необходимых условий этой асимметрии является нарушение CP-симметрии , которое экспериментально наблюдалось в слабом взаимодействии .

Недавние наблюдения показывают, что черные дыры и нейтронные звезды производят огромные количества позитронно-электронной плазмы посредством струй. [41] [42]

Наблюдение в космических лучах

Спутниковые эксперименты обнаружили доказательства наличия позитронов и нескольких антипротонов в первичных космических лучах, что составляет менее 1% частиц в первичных космических лучах. Эта антиматерия не могла быть полностью создана в Большом взрыве, но вместо этого приписывается образованию циклических процессов при высоких энергиях. Например, пары электрон-позитрон могут образовываться в пульсарах , когда цикл вращения намагниченной нейтронной звезды срезает пары электрон-позитрон с поверхности звезды. При этом антиматерия образует ветер, который обрушивается на выбросы сверхновых-прародителей. Это выветривание происходит, когда «холодный намагниченный релятивистский ветер, выпущенный звездой, ударяет по нерелятивистски расширяющимся выбросам, при ударе образуется система ударных волн: внешняя распространяется в выбросах, в то время как обратная ударная волна распространяется обратно к звезде». [43] Первый выброс материи во внешней ударной волне и второе образование антиматерии в обратной ударной волне являются этапами в цикле космической погоды.

Предварительные результаты, полученные с работающего в настоящее время альфа-магнитного спектрометра ( AMS-02 ) на борту Международной космической станции, показывают, что позитроны в космических лучах прибывают без какой-либо направленности и с энергиями в диапазоне от 10 ГэВ до 250 ГэВ. В сентябре 2014 года новые результаты с почти вдвое большим объемом данных были представлены в докладе в ЦЕРНе и опубликованы в Physical Review Letters. [44] [45] Было сообщено о новом измерении доли позитронов до 500 ГэВ, показывающем, что доля позитронов достигает максимума около 16% от общего числа событий электрон+позитрон, около энергии 275 ± 32 ГэВ. При более высоких энергиях, до 500 ГэВ, отношение позитронов к электронам снова начинает падать. Абсолютный поток позитронов также начинает падать до 500 ГэВ, но достигает пика при энергиях, намного превышающих энергию электронов, которая достигает пика около 10 ГэВ. [46] Было высказано предположение, что эти результаты интерпретации обусловлены образованием позитронов в событиях аннигиляции массивных частиц темной материи . [47]

Антипротоны космических лучей также имеют гораздо более высокую энергию, чем их коллеги из обычной материи (протоны). Они достигают Земли с характерным максимумом энергии 2 ГэВ, что указывает на их производство в принципиально ином процессе, чем протоны космических лучей, которые в среднем имеют только одну шестую энергии. [48]

Продолжается поиск более крупных ядер антиматерии, таких как ядра антигелия (то есть антиальфа-частицы), в космических лучах. Обнаружение естественного антигелия может подразумевать существование крупных структур антиматерии, таких как антизвезда. Прототип AMS -02 , обозначенный как AMS-01 , был отправлен в космос на борту космического челнока Discovery на STS-91 в июне 1998 года. Не обнаружив никакого антигелия вообще, AMS-01 установил верхний предел 1,1×10−6 для отношения потоков антигелия к гелию . [49] AMS-02 сообщил в декабре 2016 года, что он обнаружил несколько сигналов, соответствующих ядрам антигелия среди нескольких миллиардов ядер гелия. Результат еще предстоит проверить, и по состоянию на 2017 год команда пытается исключить загрязнение. [50]

Искусственное производство

Позитроны

В ноябре 2008 года сообщалось о том, что позитроны были получены [51] в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в больших количествах. Лазер пропускал электроны через ядра золотой мишени , что заставляло входящие электроны испускать кванты энергии , которые распадались как на материю, так и на антиматерию. Позитроны были обнаружены с большей скоростью и в большей плотности, чем когда-либо ранее обнаруженные в лаборатории. Предыдущие эксперименты производили меньшие количества позитронов с использованием лазеров и мишеней толщиной с бумагу; более новые моделирования показали, что короткие вспышки сверхинтенсивных лазеров и миллиметровое золото являются гораздо более эффективным источником. [52]

В 2023 году было сообщено о создании первого электронно-позитронного пучка-плазмы в результате сотрудничества под руководством исследователей из Оксфордского университета, работающих с установкой High-Radiation to Materials (HRMT) [53] в ЦЕРНе . [54] Пучок продемонстрировал самый высокий выход позитронов, достигнутый до сих пор в лабораторных условиях. В эксперименте использовался протонный пучок 440 ГэВ с протонами из Суперпротонного синхротрона и облучался преобразователь частиц, состоящий из углерода и тантала . Это дало полную электронно-позитронную пару посредством процесса ливня частиц . Полученные парные пучки имеют объем, который заполняет несколько сфер Дебая , и, таким образом, способны поддерживать коллективные плазменные колебания. [54]

Антипротоны, антинейтроны и антиядра

Существование антипротона было экспериментально подтверждено в 1955 году физиками из Калифорнийского университета в Беркли Эмилио Сегре и Оуэном Чемберленом , за что они были удостоены Нобелевской премии по физике 1959 года . [55] Антипротон состоит из двух верхних антикварков и одного нижнего антикварка ( тытыг). Все измеренные свойства антипротона совпадают с соответствующими свойствами протона, за исключением антипротона, имеющего противоположный электрический заряд и магнитный момент от протона. Вскоре после этого, в 1956 году, Брюс Корк и его коллеги открыли антинейтрон в столкновениях протонов на Беватроне ( Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли ) . [56]

В дополнение к антибарионам были созданы антиядра, состоящие из нескольких связанных антипротонов и антинейтронов. Они обычно производятся при энергиях, слишком высоких для образования атомов антиматерии (со связанными позитронами вместо электронов). В 1965 году группа исследователей под руководством Антонино Дзикичи сообщила о производстве ядер антидейтерия на протонном синхротроне в ЦЕРНе . [57] Примерно в то же время группа американских физиков сообщила о наблюдениях ядер антидейтерия на синхротроне с переменным градиентом в Брукхейвенской национальной лаборатории . [58]

Атомы антиводорода

В 1995 году ЦЕРН объявил, что успешно создал девять горячих атомов антиводорода, реализовав концепцию SLAC / Fermilab в ходе эксперимента PS210 . Эксперимент проводился с использованием низкоэнергетического антипротонного кольца (LEAR) под руководством Уолтера Олерта и Марио Макри. [59] Фермилаб вскоре подтвердил выводы ЦЕРН, произведя на своих объектах около 100 атомов антиводорода. Атомы антиводорода, созданные в ходе PS210 и последующих экспериментов (как в ЦЕРН, так и в Фермилабе), были чрезвычайно энергичными и не очень подходили для изучения. Чтобы преодолеть это препятствие и лучше понять антиводород, в конце 1990-х годов были сформированы две коллаборации, а именно ATHENA и ATRAP .

В 1999 году ЦЕРН активировал замедлитель антипротонов — устройство, способное замедлять антипротоны3,5  ГэВ до5,3 МэВ  — все еще слишком «горячо», чтобы произвести эффективный для исследования антиводород, но это огромный скачок вперед. В конце 2002 года проект ATHENA объявил, что они создали первый в мире «холодный» антиводород. [60] Проект ATRAP вскоре опубликовал похожие результаты. [61] Антипротоны, используемые в этих экспериментах, охлаждались путем их замедления с помощью замедлителя антипротонов, пропускания их через тонкий лист фольги и, наконец, захвата их в ловушке Пеннинга-Мальмберга . [62] Общий процесс охлаждения работоспособен, но крайне неэффективен; приблизительно 25 миллионов антипротонов покидают замедлитель антипротонов и примерно 25 000 попадают в ловушку Пеннинга-Мальмберга, что составляет около ⁠1/1000⁠ или 0,1% от первоначальной суммы.

Антипротоны все еще горячие, когда изначально захвачены. Чтобы охладить их еще больше, их смешивают с электронной плазмой. Электроны в этой плазме охлаждаются посредством циклотронного излучения, а затем симпатически охлаждают антипротоны посредством кулоновских столкновений. В конце концов, электроны удаляются путем применения кратковременных электрических полей, оставляя антипротоны с энергией менее100  мэВ . [63] Пока антипротоны охлаждаются в первой ловушке, небольшое облако позитронов захватывается из радиоактивного натрия в позитронном накопителе типа Сурко. [64] Затем это облако снова захватывается во второй ловушке рядом с антипротонами. Манипуляции с электродами ловушки затем перебрасывают антипротоны в позитронную плазму, где некоторые из них объединяются с антипротонами, образуя антиводород. Этот нейтральный антиводород не подвержен влиянию электрических и магнитных полей, используемых для захвата заряженных позитронов и антипротонов, и в течение нескольких микросекунд антиводород ударяется о стенки ловушки, где он аннигилирует. Таким образом было получено несколько сотен миллионов атомов антиводорода.

В 2005 году ATHENA распалась, и некоторые из бывших членов (вместе с другими) сформировали ALPHA Collaboration , которая также базируется в ЦЕРНе. Конечной целью этого начинания является проверка симметрии CPT путем сравнения атомных спектров водорода и антиводорода (см. спектральные серии водорода ). [65]

Большинство востребованных высокоточных тестов свойств антиводорода могли быть выполнены только в том случае, если бы антиводород был захвачен, то есть удерживался на месте в течение относительно длительного времени. Хотя атомы антиводорода электрически нейтральны, спины их составляющих частиц создают магнитный момент . Эти магнитные моменты могут взаимодействовать с неоднородным магнитным полем; некоторые из атомов антиводорода могут притягиваться к магнитному минимуму. Такой минимум может быть создан комбинацией зеркальных и мультипольных полей. [66] Антиводород может быть захвачен в такой ловушке магнитного минимума (минимум-B); в ноябре 2010 года коллаборация ALPHA объявила, что они захватил 38 атомов антиводорода примерно на одну шестую секунды. [67] [68] Это был первый случай, когда нейтральное антивещество было захвачено.

26 апреля 2011 года ALPHA объявила, что им удалось захватить 309 атомов антиводорода, некоторые из них на 1000 секунд (около 17 минут). Это было дольше, чем когда-либо ранее захватывалось нейтральное антивещество. [69] ALPHA использовала эти захваченные атомы для начала исследований спектральных свойств антиводорода. [70]

В 2016 году был построен новый замедлитель и охладитель антипротонов под названием ELENA (Extra Low ENergy Antiproton decelerator). Он берет антипротоны из замедлителя антипротонов и охлаждает их до 90 кэВ, что достаточно «холодно» для изучения. Эта машина работает, используя высокую энергию и ускоряя частицы внутри камеры. В секунду можно захватывать более ста антипротонов, что является огромным улучшением, но все равно потребуется несколько тысяч лет, чтобы создать нанограмм антиматерии .

Самым большим ограничивающим фактором в крупномасштабном производстве антиматерии является доступность антипротонов. Последние данные, опубликованные ЦЕРН, говорят о том, что при полной эксплуатации их установки способны производить десять миллионов антипротонов в минуту. [71] Если предположить 100%-ное преобразование антипротонов в антиводород, то потребуется 100 миллиардов лет, чтобы произвести 1 грамм или 1 моль антиводорода (приблизительно6,02 × 1023 атомов антиводорода). Однако ЦЕРН производит только 1% антиматерии, которую производит Фермилаб, и ни один из них не предназначен для производства антиматерии. По словам Джеральда Джексона, используя уже используемые сегодня технологии, мы способны производить и захватывать 20 граммов частиц антиматерии в год при годовой стоимости в 670 миллионов долларов на установку. [72]

Антигелий

Ядра антигелия-3 (3
Он
) были впервые обнаружены в 1970-х годах в экспериментах по столкновению протонов с ядрами в Институте физики высоких энергий группой Ю. Прокошкина (Протвино под Москвой, СССР) [73] и позднее созданы в экспериментах по столкновению ядер с ядрами. [74] Столкновения ядер с ядрами производят антиядра посредством коалесценции антипротонов и антинейтронов, созданных в этих реакциях. В 2011 году детектор STAR сообщил о наблюдении искусственно созданных ядер антигелия-4 (антиальфа-частиц) (4
Он
) от таких столкновений. [75]

Альфа -магнитный спектрометр на Международной космической станции по состоянию на 2021 год зарегистрировал восемь событий, которые, по-видимому, указывают на обнаружение антигелия-3. [76] [77]

Сохранение

Антиматерию нельзя хранить в контейнере, сделанном из обычной материи, потому что антиматерия реагирует с любой материей, к которой она прикасается, уничтожая себя и равное количество контейнера. Антиматерия в виде заряженных частиц может удерживаться комбинацией электрических и магнитных полей в устройстве, называемом ловушкой Пеннинга . Однако это устройство не может удерживать антиматерию, состоящую из незаряженных частиц, для чего используются атомные ловушки . В частности, такая ловушка может использовать дипольный момент ( электрический или магнитный ) захваченных частиц. В высоком вакууме частицы материи или антиматерии могут быть захвачены и охлаждены слегка нерезонансным лазерным излучением с использованием магнитооптической ловушки или магнитной ловушки . Небольшие частицы также могут быть подвешены с помощью оптического пинцета , используя высокосфокусированный лазерный луч. [78]

В 2011 году ученые ЦЕРНа смогли сохранить антиводород примерно на 17 минут. [79] Рекорд по хранению античастиц в настоящее время принадлежит эксперименту TRAP в ЦЕРНе: антипротоны удерживались в ловушке Пеннинга в течение 405 дней. [80] В 2018 году было выдвинуто предложение разработать технологию удержания, достаточно продвинутую, чтобы удержать миллиард антипротонов в портативном устройстве, которое можно было бы перевезти в другую лабораторию для дальнейших экспериментов. [81]

Расходы

Ученые утверждают, что антиматерия является самым дорогим материалом для производства. [82] В 2006 году Джеральд Смит подсчитал, что 250 миллионов долларов могут произвести 10 миллиграммов позитронов [83] (что эквивалентно 25 миллиардам долларов за грамм); в 1999 году НАСА назвало цифру в 62,5 триллиона долларов за грамм антиводорода. [82] Это связано с тем, что производство является сложным (в реакциях в ускорителях частиц производится лишь очень мало антипротонов), а также с тем, что существует более высокий спрос на другие виды использования ускорителей частиц . По данным ЦЕРНа, производство около 1 миллиардной грамма (количество, используемое до сих пор для столкновений частиц/античастиц) обошлось в несколько сотен миллионов швейцарских франков . [84] Для сравнения, для производства первого атомного оружия стоимость Манхэттенского проекта оценивалась в 23 миллиарда долларов с учетом инфляции в 2007 году. [85]

Несколько исследований, финансируемых NASA Innovative Advanced Concepts, изучают возможность использования магнитных совков для сбора антиматерии, которая естественным образом встречается в поясе Ван Аллена на Земле и, в конечном итоге, в поясах газовых гигантов, таких как Юпитер , в идеале с более низкой стоимостью за грамм. [86]

Использует

Медицинский

Система ПЭТ/КТ

Реакции материя-антиматерия имеют практическое применение в медицинской визуализации, например, в позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ). При положительном бета - распаде нуклид теряет избыточный положительный заряд, испуская позитрон (в том же событии протон становится нейтроном, а также испускается нейтрино ). Нуклиды с избыточным положительным зарядом легко производятся в циклотроне и широко производятся для медицинского использования. В лабораторных экспериментах также было показано, что антипротоны обладают потенциалом для лечения некоторых видов рака, в аналогичном методе, который в настоящее время используется для ионной (протонной) терапии. [87]

Топливо

Изолированная и сохраненная антиматерия может быть использована в качестве топлива для межпланетных или межзвездных путешествий [88] как часть ядерного импульсного двигателя, катализируемого антиматерией, или другой ракеты на антиматерии . Поскольку плотность энергии антиматерии выше, чем у обычного топлива, космический корабль, работающий на антиматерии, будет иметь более высокое отношение тяги к весу, чем обычный космический корабль.

Если бы столкновения материи и антиматерии приводили только к излучению фотонов , вся масса покоя частиц была бы преобразована в кинетическую энергию . Энергия на единицу массы (9 × 10 16  Дж/кг ) примерно на 10 порядков больше химической энергии [ 89] и примерно на 3 порядка больше ядерной потенциальной энергии , которая может быть освобождена сегодня с помощью ядерного деления (около200 МэВ на реакцию деления [90] или8 × 10 13  Дж/кг ) и примерно на 2 порядка больше, чем наилучшие возможные результаты, ожидаемые от термоядерного синтеза (около6,3 × 10 14  Дж/кг для протон-протонной цепи ). Реакция1  кг антиматерии с1 кг вещества произведет1,8 × 10 17  Дж (180 петаджоулей ) энергии (по формуле эквивалентности массы и энергии E = mc 2 ), или грубый эквивалент 43 мегатонн тротила — немного меньше мощности 27 000-килограммовой Царь-бомбы , самого большого термоядерного оружия , когда-либо взорванного.

Не вся эта энергия может быть использована какой-либо реалистичной технологией движения из-за природы продуктов аннигиляции. Хотя электронно-позитронные реакции приводят к гамма-фотонам, их трудно направлять и использовать для тяги. В реакциях между протонами и антипротонами их энергия в основном преобразуется в релятивистские нейтральные и заряженные пионы . Нейтральные пионы распадаются почти мгновенно (со временем жизни 85 аттосекунд ) в высокоэнергетические фотоны, но заряженные пионы распадаются медленнее (со временем жизни 26 наносекунд) и могут быть отклонены магнитным способом для создания тяги .

Заряженные пионы в конечном итоге распадаются на комбинацию нейтрино (несущих около 22% энергии заряженных пионов) и нестабильных заряженных мюонов (несущих около 78% энергии заряженных пионов), а затем мюоны распадаются на комбинацию электронов, позитронов и нейтрино (ср. распад мюона ; нейтрино от этого распада переносят около 2/3 энергии мюонов, что означает, что из исходных заряженных пионов общая доля их энергии, преобразованная в нейтрино тем или иным путем, составит около 0,22 + (2/3)⋅0,78 = 0,74 ). [91]

Оружие

Антиматерия рассматривалась как пусковой механизм для ядерного оружия. [92] Главным препятствием является сложность производства антиматерии в достаточно больших количествах, и нет никаких доказательств того, что это когда-либо станет осуществимым. [93] Тем не менее, ВВС США финансировали исследования физики антиматерии во время Холодной войны и начали рассматривать ее возможное использование в оружии не только как пусковой механизм, но и как само взрывчатое вещество. [94]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Десять вещей, которые вы могли не знать об антиматерии". Symmetry magazine . Архивировано из оригинала 8 ноября 2018 года . Получено 8 ноября 2018 года .
  2. ^ "Капля антиматерии окружает Землю". 11 августа 2011 г. Архивировано из оригинала 26 сентября 2011 г.
  3. ^ Агакишиев, Х. и др. (STAR ​​Collaboration) (2011). «Наблюдение за ядром антиматерии гелия-4». Nature . 473 (7347): 353–356. arXiv : 1103.3312 . Bibcode :2011Natur.473..353S. doi :10.1038/nature10079. PMID  21516103. S2CID  118484566.
  4. ^ Канетти, Л.; и др. (2012). «Материя и антиматерия во Вселенной». New J. Phys . 14 (9): 095012. arXiv : 1204.4186 . Bibcode : 2012NJPh...14i5012C. doi : 10.1088/1367-2630/14/9/095012. S2CID  119233888.
  5. ^ Тененбаум, Дэвид (28 декабря 2012 г.). «На шаг ближе: ученые Висконсинского университета в Мадисоне помогают объяснить дефицит антиматерии». Новости Висконсинского университета в Мадисоне . Архивировано из оригинала 28 декабря 2012 г.
  6. ^ Tsan, Ung Chan (2013). "Масса, материя, материализация, материогенез и сохранение заряда". International Journal of Modern Physics E . 22 (5): 1350027. Bibcode :2013IJMPE..2250027T. doi :10.1142/S0218301313500274. Сохранение материи означает сохранение барионного числа A и лептонного числа L , причем A и L являются алгебраическими числами. Положительные A и L связаны с частицами материи, отрицательные A и L связаны с частицами антиматерии. Все известные взаимодействия сохраняют материю.
  7. ^ Tsan, UC (2012). "Отрицательные числа и частицы антиматерии". International Journal of Modern Physics E . 21 (1): 1250005-1–1250005-23. Bibcode :2012IJMPE..2150005T. doi :10.1142/S021830131250005X. Частицы антиматерии характеризуются отрицательным барионным числом A или/и отрицательным лептонным числом L . Материализация и аннигиляция подчиняются сохранению A и L (связанному со всеми известными взаимодействиями).
  8. ^ Дирак, Поль AM (1965). Physics Nobel Lectures (PDF) . Том 12. Амстердам-Лондон-Нью-Йорк: Elsevier. стр. 320–325. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2019 г. . Получено 10 октября 2019 г. .
  9. ^ "Антиматерия". Энциклопедия научной фантастики . Архивировано из оригинала 28 июля 2019 года . Получено 10 октября 2019 года .
  10. ^ Маккаффери, Ларри (июль 1991 г.). «Интервью с Джеком Уильямсоном». Science Fiction Studies . 18 (54). Архивировано из оригинала 12 сентября 2006 г.
  11. ^ Пирсон, К. (1891). «Эфирные струи». Американский журнал математики . 13 (4): 309–72. doi :10.2307/2369570. JSTOR  2369570.
  12. ^ Kragh, H. (2002). Квантовые поколения: история физики в двадцатом веке . Princeton University Press . стр. 5–6. ISBN 978-0-691-09552-3.
  13. ^ Шустер, А. (1898). «Потенциальная материя – праздничный сон». Nature . 58 (1503): 367. Bibcode :1898Natur..58..367S. doi : 10.1038/058367a0 . S2CID  4046342. Архивировано из оригинала 10 октября 2021 г. Получено 31 августа 2020 г.
  14. ^ Харрисон, Э. Р. (16 марта 2000 г.). Космология: Наука о Вселенной (2-е изд.). Cambridge University Press . стр. 266, 433. ISBN 978-0-521-66148-5. Архивировано из оригинала 10 октября 2021 г. . Получено 31 августа 2020 г. .
  15. ^ Дирак, ПАМ (1928). «Квантовая теория электрона». Труды Королевского общества A. 117 ( 778): 610–624. Bibcode :1928RSPSA.117..610D. doi : 10.1098/rspa.1928.0023 . JSTOR  94981.
  16. ^ Дирак, Поль (1931). «Квантованные сингулярности в электромагнитном поле». Труды Лондонского королевского общества. Серия A, содержащая статьи математического и физического характера . 133 (821): 60–72. Bibcode : 1931RSPSA.133...60D. doi : 10.1098/rspa.1931.0130. ISSN  0950-1207.
  17. ^ "Открытие позитрона". timeline.web.cern.ch . Получено 23 октября 2023 г. .
  18. ^ Каку, М.; Томпсон, Дж. Т. (1997). После Эйнштейна: космический поиск теории Вселенной . Oxford University Press . С. 179–180. ISBN 978-0-19-286196-2.
  19. ^ Стюарт, П. Дж. (2010). «Чарльз Джанет: Непризнанный гений периодической системы». Основы химии . 12 (1): 5–15. doi :10.1007/s10698-008-9062-5. S2CID  171000209.
  20. ^ Канетти, Л.; Древес, М.; Шапошников, М. (2012). «Материя и антиматерия во Вселенной». Новый журнал физики . 14 (9): 095012. arXiv : 1204.4186 . Bibcode : 2012NJPh...14i5012C. doi : 10.1088/1367-2630/14/9/095012. S2CID  119233888.
  21. ^ Гриффитс, DJ (2008). Введение в элементарные частицы (2-е изд.). John Wiley & Sons . стр. 61. ISBN 978-3-527-40601-2.
  22. ^ Кастельвекки, Д. (5 октября 2023 г.). «Антиматерия падает вниз, а не вверх». Nature . 622 (7981): 14–15. doi :10.1038/d41586-023-03043-0. PMID  37759123. S2CID  263121330.
  23. ^ Долгов, АД (2002). «Космологическая асимметрия материи-антиматерии и антиматерия во Вселенной». arXiv : hep-ph/0211260 .
  24. ^ Это следствие теоремы CPT.
  25. ^ Как сказал Дирак в 1933 году Вполне возможно, что для некоторых звезд все наоборот, эти звезды состоят в основном из позитронов и отрицательных протонов. Фактически, может быть половина звезд каждого вида. Оба вида звезд будут показывать совершенно одинаковые спектры, и не будет никакого способа различить их с помощью современных астрономических методов. Дирак 1965, стр. 325
  26. ^ Кастельвекки, Д. (19 декабря 2016 г.). «Эфемерные атомы антиматерии зафиксированы в ходе важного лазерного испытания». Nature . doi :10.1038/nature.2016.21193. S2CID  125464517.
  27. ^ Ахмади, М; и др. (19 декабря 2016 г.). «Наблюдение перехода 1S–2S в захваченном антиводороде». Nature . 541 (7638): 506–510. Bibcode :2017Natur.541..506A. doi : 10.1038/nature21040 . hdl : 1828/11655 . PMID  28005057.
  28. ^ Sather, E. (1999). "The Mystery of the Matter Asymmetry" (PDF) . Beam Line . 26 (1): 31. Архивировано (PDF) из оригинала 12 октября 2008 г. . Получено 22 июня 2008 г. .
  29. ^ "Integral discovers the galaxy's antimatter cloud is lopsided". Европейское космическое агентство . 9 января 2008 г. Архивировано из оригинала 18 июня 2008 г. Получено 24 мая 2008 г.
  30. ^ Weidenspointner, G.; et al. (2008). «Асимметричное распределение позитронов в галактическом диске, выявленное с помощью γ-лучей». Nature . 451 (7175): 159–162. Bibcode :2008Natur.451..159W. doi :10.1038/nature06490. PMID  18185581. S2CID  4333175.
  31. ^ Close, FE (2009). Антиматерия . Oxford University Press. стр. 114. ISBN 978-0-19-955016-6.
  32. ^ "Searching for Primordial Antimatter". NASA . 30 октября 2008 г. Архивировано из оригинала 16 марта 2010 г. Получено 18 июня 2010 г.
  33. ^ Адамсон, А. (19 октября 2017 г.). «Вселенная не должна существовать на самом деле: Большой взрыв произвел равные количества материи и антиматерии». TechTimes.com . Архивировано из оригинала 26 октября 2017 г. . Получено 26 октября 2017 г. .
  34. ^ Smorra, C.; et al. (20 октября 2017 г.). «Измерение магнитного момента антипротона в частях на миллиард». Nature . 550 (7676): 371–374. Bibcode :2017Natur.550..371S. doi : 10.1038/nature24048 . PMID  29052625.
  35. ^ Сала, С.; Арига, А.; Эредитато, А.; Феррагут, Р.; Джаммарки, М.; Леоне, М.; Пистилло, К.; Скамполи, П. (2019). «Первая демонстрация волновой интерферометрии антивещества». Достижения науки . 5 (5): eaav7610. Бибкод : 2019SciA....5.7610S. doi : 10.1126/sciadv.aav7610. ПМК 6499593 . ПМИД  31058223. 
  36. ^ "Антиматерия, пойманная в потоке от гроз на Земле". BBC. 11 января 2011 г. Архивировано из оригинала 12 января 2011 г. Получено 11 января 2011 г.
  37. ^ Castelvecchi, Davide (2015). "Rogue Antimatter Found in Thunderclouds". Scientific American . 521 (7551): 135. Bibcode :2015Natur.521..135C. doi : 10.1038/521135a . PMID  25971485. Архивировано из оригинала 14 мая 2015 года . Получено 14 мая 2015 года .
  38. ^ Адриани, О.; и др. (2011). «Открытие геомагнитно захваченных антипротонов космических лучей». The Astrophysical Journal . 737 (2): L29. arXiv : 1107.4882 . Bibcode : 2011ApJ...737L..29A. doi : 10.1088/2041-8205/737/2/L29.
  39. ↑ Than, Ker (10 августа 2011 г.). «Antimatter Found Orbiting Earth – A First» (Антиматерия, обнаруженная на орбите Земли – впервые). National Geographic Society . Архивировано из оригинала 10 октября 2011 г. Получено 12 августа 2011 г.
  40. ^ «Что случилось с антиматерией?». NASA . 29 мая 2000 г. Архивировано из оригинала 4 июня 2008 г. Получено 24 мая 2008 г.
  41. ^ Wardle, JFC; Homan, DC; Ojha, R.; Roberts, DH (1998). "Electron-positron Jets Associated with Quasar 3C 279" (PDF) . Nature . 395 (6701): 457. Bibcode :1998Natur.395..457W. doi :10.1038/26675. hdl : 11603/17540 . S2CID  4413709. Архивировано (PDF) из оригинала 4 апреля 2016 г.
  42. ^ "NASA – Огромное облако антиматерии, следы которого восходят к двойным звездам". Архивировано из оригинала 7 марта 2016 г.
  43. ^ Серпико, ПД (декабрь 2012 г.). «Астрофизические модели происхождения «избытка» позитронов»". Астрофизика частиц . 39–40: 2–11. arXiv : 1108.4827 . Bibcode :2012APh....39....2S. doi :10.1016/j.astropartphys.2011.08.007. S2CID  59323641.
  44. ^ Accardo, L.; et al. (AMS Collaboration) (18 сентября 2014 г.). "Высокостатистическое измерение доли позитронов в первичных космических лучах 0,5–500 ГэВ с помощью альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции" (PDF) . Physical Review Letters . 113 (12): 121101. Bibcode :2014PhRvL.113l1101A. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.121101 . PMID  25279616. Архивировано (PDF) из оригинала 17 октября 2014 г.
  45. ^ Schirber, M. (2014). "Synopsis: More Dark Matter Hints from Cosmic Rays?". Physical Review Letters . 113 (12): 121102. arXiv : 1701.07305 . Bibcode : 2014PhRvL.113l1102A. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.121102. hdl : 1721.1/90426. PMID  25279617. S2CID  2585508. Архивировано из оригинала 29 ноября 2019 г. Получено 22 августа 2018 г.
  46. ^ "Новые результаты альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции" (PDF) . AMS-02 в NASA . Архивировано (PDF) из оригинала 23 сентября 2014 г. . Получено 21 сентября 2014 г. .
  47. ^ Aguilar, M.; et al. (2013). «Первый результат с альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции: точное измерение доли позитронов в первичных космических лучах 0,5–350 ГэВ». Physical Review Letters . 110 (14): 141102. Bibcode :2013PhRvL.110n1102A. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.141102 . hdl : 1721.1/81241 . PMID  25166975. Архивировано из оригинала 19 апреля 2017 г.
  48. ^ Москаленко, ИВ; Стронг, AW; Ормс, Дж. Ф.; Потгитер, М.С. (январь 2002 г.). «Вторичные антипротоны и распространение космических лучей в Галактике и гелиосфере». Астрофизический журнал . 565 (1): 280–296. arXiv : astro-ph/0106567 . Бибкод : 2002ApJ...565..280M. дои : 10.1086/324402. S2CID  5863020.
  49. ^ Aguilar, M.; et al. (AMS Collaboration) (август 2002 г.). «Альфа-магнитный спектрометр (AMS) на Международной космической станции: часть I – результаты испытательного полета на космическом челноке». Physics Reports . 366 (6): 331–405. Bibcode :2002PhR...366..331A. doi :10.1016/S0370-1573(02)00013-3. hdl :2078.1/72661. S2CID  122726107.
  50. ^ Джошуа Сокол (апрель 2017 г.). «Гигантский космический магнит, возможно, захватил антигелий, что наводит на мысль о наличии в космосе застойных скоплений антиматерии». Science . doi :10.1126/science.aal1067. Архивировано из оригинала 1 ноября 2019 г. Получено 1 ноября 2019 г.
  51. ^ "Миллиарды частиц антиматерии созданы в лаборатории" (пресс-релиз). Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе . 3 ноября 2008 г. Архивировано из оригинала 6 декабря 2015 г. Получено 19 ноября 2008 г.
  52. ^ "Лазер создает миллиарды частиц антиматерии". Cosmos Magazine . 19 ноября 2008 г. Архивировано из оригинала 22 мая 2009 г. Получено 1 июля 2009 г.
  53. ^ Эфтимиопулос, И; Хесслер, К; Гайяр, Х; Гренье, Д; Меддахи, М; Трилье, П; Пардонс, А; Тайс, К; Харитонидис, Н; Эврар, С; Винке, Х; Лаццарони, М (2011). "HiRadMat: новая установка облучения для испытания материалов в ЦЕРНе". 2-я Международная конференция по ускорителям частиц .
  54. ^ ab Arrowsmith, CD; Simon, P.; Bilbao, PJ; Bott, AFA; Burger, S.; Chen, H.; Cruz, FD; Davenne, T.; Efthymiopoulos, I.; Froula, DH; Goillot, A.; Gudmundsson, JT; Haberberger, D.; Halliday, JWD; Hodge, T. (12 июня 2024 г.). "Лабораторная реализация релятивистских пучков парной плазмы". Nature Communications . 15 (1): 5029. arXiv : 2312.05244 . Bibcode :2024NatCo..15.5029A. doi :10.1038/s41467-024-49346-2. ISSN  2041-1723. PMC 11169600. PMID  38866733 . 
  55. ^ "Все Нобелевские премии по физике". Архивировано из оригинала 23 июля 2010 года.
  56. ^ «Прорыв: век физики в Беркли, 1868–1968». Регенты Калифорнийского университета . 2006. Архивировано из оригинала 9 июля 2010 года . Получено 18 ноября 2010 года .
  57. ^ Массам, Т.; Мюллер, Т.; Ригини, Б.; Шнееганс, М.; Зичичи, А. (1965). «Экспериментальное наблюдение образования антидейтронов». Иль Нуово Чименто . 39 (1): 10–14. Бибкод : 1965NCimS..39...10M. дои : 10.1007/BF02814251. S2CID  122952224.
  58. ^ Dorfan, D. E; Eades, J.; Lederman, LM; Lee, W.; Ting, CC (июнь 1965). «Наблюдение антидейтронов». Physical Review Letters . 14 (24): 1003–1006. Bibcode : 1965PhRvL..14.1003D. doi : 10.1103/PhysRevLett.14.1003.
  59. ^ Габриэльс, Джеральд и др. (Сотрудничество с ATRAP) (1996). «Производство и изучение холодного антиводорода» (PDF) . ЦЕРН. стр. 1–21. № SPSLC-I-211. Архивировано (PDF) из оригинала 25 марта 2020 г. Получено 22 августа 2018 г.
  60. ^ Amoretti, M.; et al. (2002). «Производство и обнаружение холодных атомов антиводорода». Nature . 419 (6906): 456–459. Bibcode :2002Natur.419..456A. ​​doi : 10.1038/nature01096 . PMID  12368849. S2CID  4315273. Архивировано из оригинала 23 марта 2020 г. Получено 30 августа 2017 г.
  61. ^ Габриэльс, Г.; и др. (2002). «Безфоновое наблюдение холодного антиводорода с анализом его состояний методом полевой ионизации». Physical Review Letters . 89 (21): 213401. Bibcode : 2002PhRvL..89u3401G. doi : 10.1103/PhysRevLett.89.213401. PMID  12443407. Архивировано из оригинала 23 марта 2020 г. Получено 30 августа 2017 г.
  62. ^ Malmberg, JH; deGrassie, JS (1975). «Свойства ненейтральной плазмы». Physical Review Letters . 35 (9): 577–580. Bibcode : 1975PhRvL..35..577M. doi : 10.1103/PhysRevLett.35.577.
  63. ^ Габриэльс, Г.; и др. (1989). «Охлаждение и замедление захваченных антипротонов ниже 100 мэВ». Physical Review Letters . 63 (13): 1360–1363. Bibcode : 1989PhRvL..63.1360G. doi : 10.1103/PhysRevLett.63.1360. PMID  10040547.
  64. ^ Сурко, CM; Гривз, RG (2004). «Развивающаяся наука и технология плазмы антивещества и пучков на основе ловушек». Физика плазмы . 11 (5): 2333. Bibcode : 2004PhPl...11.2333S. doi : 10.1063/1.1651487.
  65. ^ Мэдсен, Н. (2010). «Холодный антиводород: новый рубеж в фундаментальной физике». Philosophical Transactions of the Royal Society A. 368 ( 1924): 3671–82. Bibcode : 2010RSPTA.368.3671M. doi : 10.1098/rsta.2010.0026 . PMID  20603376.
  66. ^ Притчард, Д. Э.; Хайнц, Т.; Шен, И. (1983). «Охлаждение нейтральных атомов в магнитной ловушке для прецизионной спектроскопии». Physical Review Letters . 51 (21): 1983–1986. Bibcode : 1983PhRvL..51.1983T. doi : 10.1103/PhysRevLett.51.1983.
  67. ^ Андресен и др. (2010). «Захваченный антиводород». Nature . 468 (7324): 673–676. Bibcode :2010Natur.468..673A. doi :10.1038/nature09610. PMID  21085118. S2CID  2209534.
  68. ^ "Атомы антиматерии, произведенные и захваченные в ЦЕРНе". ЦЕРН . 17 ноября 2010 г. Архивировано из оригинала 23 января 2011 г. Получено 20 января 2011 г.
  69. ^ ALPHA Collaboration (2011). «Удержание антиводорода в течение 1000 секунд». Nature Physics . 7 (7): 558–564. arXiv : 1104.4982 . Bibcode :2011NatPh...7..558A. doi :10.1038/nphys2025. S2CID  17151882. Архивировано из оригинала 23 марта 2020 года . Получено 22 августа 2018 года .
  70. ^ Amole, C.; et al. (2012). "Резонансные квантовые переходы в захваченных атомах антиводорода" (PDF) . Nature . 483 (7390): 439–443. Bibcode :2012Natur.483..439A. doi :10.1038/nature10942. hdl :11568/757495. PMID  22398451. S2CID  2321196. Архивировано (PDF) из оригинала 23 марта 2020 г. . Получено 25 октября 2017 г. .
  71. ^ Madsen, N. (2010). «Холодный антиводород: новый рубеж в фундаментальной физике». Philosophical Transactions of the Royal Society A . 368 (1924): 3671–82. Bibcode :2010RSPTA.368.3671M. doi : 10.1098/rsta.2010.0026 . PMID  20603376. Архивировано из оригинала 29 марта 2020 г. Получено 9 сентября 2019 г.
  72. ^ Джексон, Джеральд (декабрь 2022 г.). «Движение на основе антиматерии для исследования экзопланет». Ядерные технологии . 208 (1): S107–S112. Bibcode : 2022NucTe.208S.107J. doi : 10.1080/00295450.2021.1997057 .
  73. ^ Антипов, Ю.М.; и др. (1974). «Наблюдение антигелия3». Ядерная Физика . 12 : 311.
  74. ^ Arsenescu, R.; et al. (2003). "Образование антигелия-3 в столкновениях свинца со свинцом при 158 A ГэВ/c". New Journal of Physics . 5 (1): 1. Bibcode : 2003NJPh....5....1A. doi : 10.1088/1367-2630/5/1/301 .
  75. ^ Агакишиев, Х. и др. (2011). «Наблюдение за ядром антиматерии гелия-4». Nature . 473 (7347): 353–356. arXiv : 1103.3312 . Bibcode :2011Natur.473..353S. doi :10.1038/nature10079. PMID  21516103. S2CID  118484566.
  76. ^ Лия Крейн (1 мая 2021 г.). «Звезды антиматерии могут скрываться в окрестностях Солнечной системы». New Scientist . Архивировано из оригинала 1 мая 2021 г. Получено 1 мая 2021 г.
  77. ^ Джошуа Сокол (19 апреля 2017 г.). «Гигантский космический магнит мог захватить антигелий, что наводит на мысль о наличии в космосе застойных скоплений антиматерии». Science . doi :10.1126/science.aal1067. Архивировано из оригинала 1 мая 2021 г. Получено 1 мая 2021 г.
  78. ^ Блаум, К.; Райзен, МГ; Квинт, В. (2014). «Экспериментальная проверка слабого принципа эквивалентности для антиводорода на будущей установке FLAIR». Международный журнал современной физики: Серия конференций . 30 : 1460264. Bibcode : 2014IJMPS..3060264B. doi : 10.1142/S2010194514602646. hdl : 11858/00-001M-0000-001A-152D-1 .
  79. ^ "Antimatter of Fact". The Economist . 9 июня 2011. Архивировано из оригинала 17 февраля 2014.
  80. ^ Селлнер, С.; Бесирли, М.; Бохман, М.; Борхерт, MJ; Харрингтон, Дж.; Хигучи, Т.; Мозер, А.; Нагахама, Х.; Шнайдер, Г.; Сморра, К.; Танака, Т.; Блаум, К.; Мацуда, Ю.; Оспелкаус, К.; Квинт, В.; Уолц, Дж.; Ямадзаки, Ю.; Улмер, С. (2017). «Улучшенный предел времени жизни антипротонов, измеренного напрямую». Новый журнал физики . 19 (8): 083023. Бибкод : 2017NJPh...19h3023S. дои : 10.1088/1367-2630/aa7e73 .
  81. ^ Гибни, Э. (2018). «Физики планируют первый выход антиматерии — в фургоне». Nature . 554 (7693): 412–413. Bibcode :2018Natur.554..412G. doi : 10.1038/d41586-018-02221-9 . PMID  29469122. S2CID  4448531.
  82. ^ ab "Достижение звезд: ученые изучают использование антиматерии и термоядерного синтеза для приведения в движение будущих космических аппаратов". NASA . 12 апреля 1999 г. Архивировано из оригинала 12 июня 2010 г. Получено 11 июня 2010 г. Антиматерия — самое дорогое вещество на Земле .
  83. ^ Steigerwald, B. (14 марта 2006 г.). «Новый и улучшенный космический корабль на антиматерии для миссий на Марс». NASA . Архивировано из оригинала 6 августа 2011 г. Получено 11 июня 2010 г.«По грубым подсчетам, производство 10 миллиграммов позитронов, необходимых для миссии человека на Марс, обойдется примерно в 250 миллионов долларов с использованием технологии, которая в настоящее время находится в стадии разработки», — сказал Смит.
  84. ^ "Antimatter Questions & Answers". CERN . 2001. Архивировано из оригинала 21 апреля 2008 года . Получено 24 мая 2008 года .
  85. ^ "Manhattan Project: CTBTO Preparatory Commission". Архивировано из оригинала 22 декабря 2014 года.
  86. ^ Бикфорд, Дж. (август 2007 г.). «Извлечение античастиц, сконцентрированных в планетарных магнитных полях» (PDF) . NASA и Draper Laboratory. Архивировано (PDF) из оригинала 23 июля 2008 г.
  87. ^ Льюис, РА; Смит, ГА; Хоу, SD (1997). «Портативные ловушки антипротонов и их применение в медицине» (PDF) . Сверхтонкие взаимодействия . 109 (1–4): 155. Bibcode : 1997HyInt.109..155L. doi : 10.1023/A:1012653416870. S2CID  120402661. Архивировано из оригинала (PDF) 22 августа 2011 г.
  88. ^ Шмидт, GR (1999). «Производство антиматерии для ближнесрочных применений в области движения». 35-я Совместная конференция и выставка по движению . Американский институт аэронавтики и астронавтики. doi :10.2514/6.1999-2691.
  89. ^ (по сравнению с образованием воды при1,56 × 10 7  Дж/кг , например)
  90. ^ Sowerby, MG "§4.7 Ядерное деление и синтез, и нейтронные взаимодействия". Kaye & Laby: Таблица физических и химических констант . Национальная физическая лаборатория . Архивировано из оригинала 5 марта 2010 г. Получено 18 июня 2010 г.
  91. ^ Боровски, СК (1987). «Сравнение термоядерных и антипротонных двигательных установок» (PDF) . Технический меморандум НАСА 107030 . НАСА . стр. 5–6 (стр. 6–7 в формате pdf). АИАА–87–1814. Архивировано из оригинала (PDF) 28 мая 2008 года . Проверено 24 мая 2008 г.
  92. ^ "Оружие на основе антиматерии". Архивировано из оригинала 24 апреля 2013 года.
  93. ^ Gsponer, Andre; Hurni, Jean-Pierre (1987). "Физика синтеза, индуцированного антиматерией, и термоядерных взрывов". В Velarde, G.; Minguez, E. (ред.). Труды Международной конференции по новым ядерным энергетическим системам, Мадрид, июнь/июль 1986 г. Том 4. World Scientific . стр. 66–169. arXiv : physics/0507114 . Bibcode : 2005physics...7114G.
  94. ^ Дэвидсон, Кей (4 октября 2004 г.). «Военно-воздушные силы занимаются разработкой оружия на основе антиматерии / Программа была публично разрекламирована, затем последовал официальный запрет на разглашение информации». Sfgate . Архивировано из оригинала 9 июня 2012 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с антиматерией .
На Викискладе есть медиафайлы по теме Антиматерия .