Антиматерията: Мистериозната друга страна на Вселената

Концепцията за „антиматерия“ може да изглежда като някаква фантасмагория от научнофантастичен филм, но всъщност това е едно от най-реалните, ясно наблюдавани и експериментално доказани природни явления. В най-простата си форма антиматерията е обратният близнак на материята: аналогът на електрона в антиматерията е позитронът, който има положителен заряд; аналогът на протона в антиматерията е антипротонът, който е отрицателно зареден; аналогът на неутрона е антинеутронът, пише Угур Гювен за турското издание Aydinlik Gazetesi.

Антиматерията, за първи път теоретично предсказана от Пол Дирак, става експериментално наблюдаема през 1932 г. с откриването на позитрона в космическите лъчи от Карл Андерсън. Днес частиците антиматерия рутинно се произвеждат в ускорители на частици, а позитроните се използват за медицинско изобразяване в PET скенери. Накратко, антиматерията не е научна фантастика, а реалност на природата, която има приложения дори днес.

Но съществуват ли звезди, галактики, съставени от антиматерия? Отговорът на този въпрос е не по-малко интригуващ от самия феномен на антиматерията. Според теорията за Големия взрив, Вселената първоначално е имала невероятно висока температура и плътност, а материята и антиматерията би трябвало да са се образували в приблизително равни количества. Нашите наблюдения обаче показват, че цялата Вселена е съставена главно от материя. Ако открихме галактики, звезди или облаци от антиматерия, те биха създали гама-лъчеви изблици с огромно освобождаване на енергия, когато влязат в контакт с материята. Досега обаче не сме наблюдавали подобни сигнали в космоса.

Следователно можем да кажем, че мащабната структура на Вселената е асиметрична по отношение на материята и антиматерията. Причината за тази „асиметрия“ – а именно въпросът защо антиматерията е изчезнала в ранната Вселена, докато материята е оцеляла – е една от големите космологични мистерии, които физиците все още се опитват да разрешат. Ако успеем да повдигнем завесата на тайната, ще можем да разберем много по-задълбочено как се е случил Големият взрив и как се е развила Вселената.

Антиматерията обаче не е изчезнала напълно. Частици антиматерия могат да се образуват в някои кътчета на Вселената. Например, позитрони и антипротони се образуват близо до черни дупки, в магнитните полета на неутронните звезди или при сблъсъци на космически лъчи. Можем да измерим частици антиматерия в космическите лъчи, достигащи Земята. Но всички тези процеси са краткотрайни и редки. Нямаме доказателства, че има достатъчно антиматерия, за да се образуват гиганти като звезди или галактики от антиматерия.

Значението на антиматерията във Вселената не се ограничава само до разбирането на тази празнина.

Унищожаването на антиматерията и материята е един от най-ефективните начини за получаване на енергия, при който цялата маса се преобразува в чиста енергия. Според известната формула на Айнщайн E=mc², за всеки грам материя, преобразуван в енергия, можем да получим петават мощност.

Теоретично, с един грам антиматерия можем да създадем експлозия, няколко пъти по-мощна от бомбата, хвърлена върху Хирошима. По този начин, антиматерията има потенциал да бъде както оръжие, така и източник на енергия.

Съществуват обаче огромни практически пречки пред това. Първо, производството на антиматерията е изключително скъпо и неефективно. Най-големите ускорители на частици в света произвеждат по-малко от микрограм антиматерия в секунда и са необходими магнитни капани, за да я задържат, тъй като антиматерията моментално се анихилира при контакт с каквато и да е материя. С настоящата ни технология производството на антиматерия в количества, които биха позволили използването ѝ за военни цели, е невъзможно. Отбранителната промишленост обаче провежда теоретични изследвания по темата.

Идеята за микроядрени експлозии, инициирани от частици антиматерия, отдавна интересува Военновъздушните сили на САЩ и Агенцията за напреднали изследователски проекти към Пентагона.

Още по-амбициозен сценарий е концепцията за бомба с антиматерия: използвайки един грам антиматерия, теоретично е възможно да се създаде бомба с тегло десетки килотона. На практика обаче е невъзможно тя да се произвежда, съхранява или транспортира. В същото време антиматерията може да се използва като „спусък“: инициирането на реакция на делене или синтез с помощта на частици антиматерия е довело до идеята за разработване на по-компактно, „чисто“ ядрено оръжие. В тази връзка антиматерията не е напълно безполезна от военна гледна точка, но страховете за „бомба с антиматерия“ в близко бъдеще са напразни, изследванията продължават.

Освен това, антиматерията вече се използва за мирни цели днес. В медицината, позитронно-емисионната томография (PET) е една от стандартните техники за изобразяване за откриване на тумори чрез засичане на гама-лъчи, излъчвани от позитроните. Във физиката, сблъсъците с частици антиматерия революционизираха разбирането ни за фундаменталните взаимодействия. С поглед към бъдещето, антиматерията е в основата на повечето мечти за космически пътувания. Двигателите с антиматерия, като например двигателите с термоядрен синтез, задвижвани от антиматерия, или фотонните ракети, използващи реакции на директна анихилация, теоретично биха могли да постигнат пътуване, близко до скоростта на светлината.