Антивещество. От этого слова веет увлекательными книгами и фильмами, в которых злодеи добираются до взрывчатки из антивещества или космические корабли перемещаются на таком топливе.

Но что из себя представляет эта субстанция — что такое, по сути, антивещество?

Это очень хотелось бы знать читателям «Виденскаб». Они прочитали кое-какие из множества статей, которые мы публиковали об опытах физиков с антивеществом, но с удовольствием узнали бы больше.

Во-первых, мы должны уточнить, что нельзя путать антивещество физиков с теми антителами, которые известны нам из биологии и медицины. Там антитела (которые еще называют иммуноглобулинами) — это особые белковые соединения, часть защиты организма против болезней. Они могут связываться с чужеродными молекулами и тем самым защищать тело от микроорганизмов и вирусов.

Но здесь мы будем говорить не о них. Мы связались с ученым из мира физики: преподаватель кафедры физики и астрономии Орхусского университета Николай Синнер (Nikolaj Zinner) с радостью расскажет нам об антивеществе.

Вещество с противоположным зарядом

«Все те частицы, которые, как мы знаем, есть в природе, все, из чего состоит наш мир, существует в вариантах с противоположным зарядом. Это и есть антивещество», — говорит Николай Синнер.

«Антивещество выглядит точно так же и имеет ту же массу, что и обычное вещество, но при этом обладает ровно противоположным зарядом. Например, у положительно заряженных позитронов есть негативно заряженные электроны. Позитроны — античастицы электронов».

«В повседневной жизни мы с антивеществом не сталкиваемся, но оно возникает во многих ситуациях, например, при радиоактивном распаде, под воздействием космического излучения и в ускорителях. Оно просто очень быстро снова исчезает. Когда позитрон встречается с электроном, в результате получается чистая энергия виде двух световых частиц с высокой энергией — квантов».

Исчезает вспышкой света

«Вот электрон и позитрон, у них противоположные заряды, поэтому они притягиваются. Они могут подойти очень близко друг к другу, и когда это происходит, они сливаются и образуют два фотона. Это следствие законов природы, — рассказывает Николай Синнер. — Масса двух частиц превращается в энергию в форме двух частиц — квантов гамма-излучения».

«Если бы у вас было много антивещества, и вы позволили бы ему проконтактировать с обычным веществом, то вызвали бы очень мощную реакцию. И наоборот: энергию можно преобразовать в вещество и антивещество, и это происходит в ускорителях частиц».

Используется в медицинских сканерах

Именно это явление, когда встреча вещества и антивещества приводит к их исчезновению и высвобождению энергии, наверное, в первую очередь и завораживает авторов научной фантастики.

Например, антивещество играет важную роль в «Ангелах и демонах» Дэна Брауна (Dan Brown), а в «Звездном пути» межзвездные корабли работают на антивеществе.

Но в реальном мире у антивещества — более мирное применение.

Антивещество в виде позитронов, возникающих в результате распада радиоактивных материалов, используется в больницах в сканерах ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография), которые могут сделать снимки внутренних органов и обнаружить в них нездоровые процессы.

«То есть антивещество не такое уж и мистическое. Это часть природы, которой мы с удовольствием пользуемся», — говорит Николай Синнер.

А еще мы подвергаем себя воздействию антивещества, поедая бананы. Они содержат калий, который немного радиоактивен и выделяет позитроны при распаде. Примерно каждые 75 минут банан испускает позитрон, который быстро сталкивается с каким-нибудь электроном, и они превращаются в два гамма-фотона.

Но это все совершенно не опасно. Чтобы получить дозу излучения, соответствующую той, что мы получаем, делая рентгеновский снимок, нам придется поглотить несколько сотен бананов.

Его предсказали еще до открытия

Лучше понять, что такое антивещество, можно, если посмотреть на историю его открытия. Интересно, что существование антивещества предсказали еще до того, как оно было обнаружено.

В 1920-х годах оказалось, что новая теория, названная квантовой механикой, отлично подходит для описания мельчайших частиц вещества — атомов и элементарных частиц. Но не так легко было совместить квантовую механику со второй великой теорией XX века — теорией относительности.

С помощью этого уравнения стало возможным описать движение электрона, даже если его скорость приближалась к скорости света.

Но уравнение приготовило сюрприз. У него было два решения, точно так же, как у уравнения «x²=4»: x=2 и x=-2». То есть, оно могло описывать не только всем хорошо известный электрон, но и другую частицу — электрон с негативной энергией.

Обнаружен в камере Вильсона

Тогда о частицах с отрицательной энергией ничего не знали, и Поль Дирак интерпретировал свое открытие так: может существовать частица, совершенно такая же, как электрон, за исключением противоположного заряда.

Если у электрона — негативный заряд, то должна существовать и соответствующая частица с позитивным зарядом. Согласно расчетам, то же правило должно касаться всех элементарных частиц, то есть вообще всех частиц, из которых состоит мир.

Читать далее.