Como voar para Marte em um mês? Para fazer isso, você precisa dar um bom impulso à espaçonave. Infelizmente, o melhor combustível disponível para o homem - o nuclear dá um impulso específico de 3.000 segundos, e o vôo se estende por muitos meses. Não há algo mais enérgico em mãos? Teoricamente existe: fusão termonuclear; ele fornece um impulso de centenas de milhares de segundos, e o uso da antimatéria fornecerá um impulso de milhões de segundos.
Os núcleos da antimatéria são constituídos por antinúcleos e a camada externa consiste em pósitrons. Devido à invariância da forte interação com respeito à conjugação de carga (invariância C), os antinúcleos têm um espectro de massa e energia igual ao dos núcleos que consistem nos núcleos correspondentes, e os átomos de antimatéria e matéria devem ter estrutura e propriedades químicas idênticas, com um único HO, a colisão de um objeto, consistindo de matéria, com um objeto de antimatéria leva à aniquilação das partículas e antipartículas incluídas em sua composição.
A aniquilação de elétrons e pósitrons lentos leva à formação de gamma quanta, e a aniquilação de nucleons e antinucleons lentos leva à formação de vários mésons pi. Como resultado da decadência subsequente de mésons, é formada radiação gama dura com uma energia de quanta gama de mais de 70 MeV.
Os antielétrons (pósitrons) foram previstos por P. Dirac e depois descobertos experimentalmente em “chuveiros” por P. Anderson, que nem sabia sobre a previsão de Dirac na época. Esta descoberta recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1936. O antipróton foi descoberto em 1955 no Bevatron em Berkeley, que também recebeu o Prêmio Nobel. Em 1960, um antinêutron foi descoberto lá. Com o comissionamento do acelerador Serpukhov, nossos físicos também conseguiram progredir em alguns aspectos - em 1969, núcleos de antihélio foram descobertos lá. Mas os átomos de antimatéria não puderam ser obtidos. Para ser franco, durante toda a existência dos aceleradores, as antipartículas receberam quantidades desprezíveis - todos os antiprótons sintetizados no CERN em um ano serão suficientes para acionar uma lâmpada elétrica por vários segundos.
A primeira mensagem sobre a síntese de nove átomos de antimatéria - anti-hidrogênio no âmbito do projeto ATRAP (CERN) apareceu em 1995. Tendo existido por cerca de 40 ns, esses átomos individuais morreram, liberando a quantidade prescrita de radiação (que foi registrada). Os objetivos eram claros e justificavam os esforços, as tarefas foram determinadas, e em 1997, perto de Genebra, graças à assistência financeira internacional, o CERN iniciou a construção de um desselerador (não vamos traduzir com o equivalente dissonante de “inibidor”), que permitia desacelerar (“esfriar”) os antiprótons ainda em dez milhões de vezes em relação à instalação de 1995. Este dispositivo, denominado Antiproton Moderator (AD), entrou em serviço em fevereiro de 2002.
A configuração, depois que os antiprótons deixam o anel de desaceleração, consiste em quatro partes principais: uma armadilha para reter os antiprótons, um anel de armazenamento de pósitrons, uma armadilha de mistura e um detector de anti-hidrogênio. O fluxo de antiprótons é primeiro desacelerado pela radiação de microondas, depois resfriado como resultado da troca de calor com um fluxo de elétrons de baixa energia, após o qual cai em uma armadilha - um misturador, onde está a uma temperatura de 15 K. O dispositivo de armazenamento de pósitrons desacelera sucessivamente, captura e acumula pósitrons de uma fonte radioativa; cerca de metade deles cai em uma armadilha de mistura, onde são adicionalmente resfriados por radiação síncrotron. Tudo isso é necessário para aumentar significativamente a probabilidade de formação de átomos de anti-hidrogênio.
No "moderador Antiproton", iniciou-se uma acirrada competição entre dois grupos de cientistas, participantes dos experimentos "ATHENA" (39 cientistas de diferentes países do mundo) e "ATRAP".
Na Nature 2002, vol. 419, p. 439, ibid p. 456), publicado em 3 de outubro de 2002, o experimento ATHENA afirmou que eles conseguiram obter 50.000 átomos de antimatéria - anti-hidrogênio. A presença de átomos de antimatéria foi registrada no momento de sua aniquilação, o que foi evidenciado pela interseção em um ponto dos traços de dois quanta duros formados durante a aniquilação elétron-pósitron, e traços de píons resultantes da aniquilação de um antipróton e um próton. Obteve-se o primeiro "retrato" de antimatéria (foto no início) - imagem de computador sintetizada a partir desses pontos. Como apenas os átomos que "escaparam" da armadilha foram aniquilados (e havia apenas 130 deles contados de forma confiável), os 50.000 átomos de anti-hidrogênio declarados apenas criam um fundo invisível do "retrato".
Vídeo promocional:
O problema é que a aniquilação do anti-hidrogênio foi registrada em um contexto geral mais forte de aniquilação de pósitrons e antiprótons. Isso, naturalmente, causou um ceticismo saudável entre os colegas do projeto concorrente adjacente ATRAP. Eles, por sua vez, tendo sintetizado o anti-hidrogênio na mesma instalação, foram capazes de registrar átomos do anti-hidrogênio com a ajuda de armadilhas magnéticas complexas sem qualquer sinal de fundo. Os átomos de anti-hidrogênio formados no experimento tornaram-se eletricamente neutros e, ao contrário dos pósitrons e antiprótons, podiam deixar livremente a região onde as partículas carregadas eram mantidas. Foi lá, sem antecedentes, que foram inscritos.
Estima-se que aproximadamente 170.000 átomos de anti-hidrogênio foram formados na armadilha, como os pesquisadores relataram em um artigo publicado na Physical Review Letters.
E isso já é um sucesso. Agora, a quantidade recebida de anti-hidrogênio pode muito bem ser suficiente para estudar suas propriedades. Para átomos de anti-hidrogênio, por exemplo, propõe-se medir a frequência da transição eletrônica 1s-2s (do estado fundamental para o primeiro estado excitado) por métodos de espectroscopia a laser de alta resolução. (A frequência dessa transição no hidrogênio é conhecida com uma precisão de 1,8 · 10–14 - não é à toa que o maser de hidrogênio é considerado um padrão de frequência.) De acordo com a teoria, eles deveriam ser iguais aos do hidrogênio comum. Se, por exemplo, o espectro de absorção for diferente, você terá que fazer ajustes nos fundamentos fundamentais da física moderna.
Mas o interesse pela antimatéria - antimatéria não é puramente teórico. Um motor de antimatéria pode funcionar, por exemplo, da seguinte maneira. Primeiro, duas nuvens de vários trilhões de antiprótons são criadas, que são impedidas de tocar a matéria por uma armadilha eletromagnética. Então, uma partícula de combustível de 42 nanogramas é injetada entre eles. É uma cápsula de urânio-238 contendo uma mistura de deutério e hélio-3, ou deutério e trítio.
Os antiprótons se aniquilam instantaneamente com os núcleos de urânio e fazem com que eles se decomponham em fragmentos. Esses fragmentos, junto com os gamma quanta resultantes, aquecem tanto o interior da cápsula que uma reação termonuclear começa ali. Seus produtos, que possuem uma energia tremenda, são acelerados ainda mais pelo campo magnético e escapam pelo bico do motor, proporcionando à espaçonave um impulso inédito.
Quanto ao voo para Marte em um mês, os físicos americanos recomendam o uso de uma tecnologia diferente - a fissão nuclear catalisada por antiprótons. Então, todo o vôo exigirá 140 nanogramas de antiprótons, sem contar o combustível radioativo.
Novas medições realizadas no Stanford Research Center (Califórnia), onde um acelerador de partículas linear está instalado, permitiram que os cientistas fizessem progressos na resposta à pergunta de por que a matéria prevalece sobre a antimatéria no universo.
Os resultados do experimento confirmam as suposições anteriores sobre o desenvolvimento de um desequilíbrio dessas entidades opostas. No entanto, os cientistas dizem que os estudos realizados colocaram mais perguntas do que respostas: experimentos com um acelerador não podem fornecer uma explicação completa de por que há tanta matéria no espaço - bilhões de galáxias cheias de estrelas e planetas.
Os cientistas que trabalharam com o acelerador mediram um parâmetro conhecido como seno de dois beta (0,74 mais ou menos 0,07). Este indicador reflete o grau de assimetria entre matéria e antimatéria.
Como resultado do Big Bang, a mesma quantidade de matéria e antimatéria deveria ter se formado, a qual então se aniquilou e deixou nada além de energia. No entanto, o universo que estamos observando é uma evidência indiscutível da vitória da matéria sobre a antimatéria.
Para entender como isso poderia acontecer, os físicos analisaram um efeito chamado violação de igualdade de carga. Para observar esse efeito, os cientistas estudaram mésons B e mésons anti-B, partículas com uma vida útil muito curta - trilionésimos de segundo.
As diferenças no comportamento dessas partículas absolutamente opostas mostram as diferenças entre matéria e antimatéria e explicam em parte por que uma prevalece sobre a outra. Os milhões de mésons B e anti-mésons B necessários para o experimento foram formados como resultado de colisões no acelerador dos feixes de elétrons e pósitrons. Os primeiros resultados, obtidos em 2001, mostram claramente uma violação da igualdade de cargas para os mésons B.
“Esta foi uma descoberta importante, mas muitos dados ainda precisam ser coletados para validar o seno de dois beta como uma constante fundamental na física quântica”, disse Stewart Smith, da Universidade de Princeton. "Os novos resultados foram anunciados após três anos de intensa pesquisa e análise de 88 milhões de eventos."
As novas medidas são consistentes com o chamado "modelo padrão", que descreve as partículas elementares e suas interações. O grau de violação confirmado da igualdade de cargas por si só não é suficiente para explicar o desequilíbrio de matéria e antimatéria no universo.
“Aparentemente, além da desigualdade de cargas, algo mais aconteceu, que causou o predomínio da matéria transformada em estrelas, planetas e organismos vivos”, comentou Hassan Jawahery, funcionário da Universidade de Maryland. “No futuro, talvez possamos entender esses processos ocultos e respondem à pergunta sobre o que trouxe o universo ao seu estado atual e esta será a descoberta mais emocionante."
