Вещество, состоящее из атомов, ядра которых имеют отрицательный электрический заряд и окружены позитронами – электронами с положительным электрическим зарядом. В обычном веществе, из которого построен окружающий нас мир, положительно заряженные ядра окружены отрицательно заряженными электронами. Обычное вещество, чтобы отличать его от антивещества, иногда называют койновеществом (от греч. койнос – обычный). 

Однако в русской литературе этот термин практически не употребляется. Следует подчеркнуть, что термин «антивещество» не совсем правилен, поскольку антивещество – тоже вещество, его разновидность. Антивещество обладает такими же инерционными свойствами и создает такое же гравитационное притяжение, как и обычное вещество. Говоря о веществе и антивеществе, логично начать с элементарных (субатомных) частиц. Каждой элементарной частице соответствует античастица; обе имеют почти одинаковые характеристики, за исключением того, что у них противоположный электрический заряд. (Если частица нейтральна, то античастица также нейтральна, но они могут различаться другими характеристиками. 

В некоторых случаях частица и античастица тождественны друг другу.) Так, электрону – отрицательно заряженной частице – соответствует позитрон, а античастицей протона с положительным зарядом является отрицательно заряженный антипротон. Позитрон был открыт в 1932, а антипротон – в 1955; это были первые из открытых античастиц. Существование античастиц было предсказано в 1928 на основе квантовой механики английским физиком П.Дираком. 

Почитать      Квантовый Компьютер

При столкновении электрона и позитрона происходит их аннигиляция, т.е. обе частицы исчезают, а из точки их столкновения испускаются два гамма-кванта. Если сталкивающиеся частицы движутся с небольшой скоростью, то энергия каждого гамма-кванта составляет 0,51 МэВ. Эта энергия есть «энергия покоя» электрона, или его масса покоя, выраженная в единицах энергии. Если же сталкивающиеся частицы движутся с большой скоростью, то энергия гамма-квантов будет больше за счет их кинетической энергии.

 

Аннигиляция происходит и при столкновении протона с антипротоном, но процесс в этом случае протекает гораздо сложнее. В качестве промежуточных продуктов взаимодействия рождается ряд короткоживущих частиц; однако спустя несколько микросекунд, как окончательные продукты превращений остаются нейтрино, гамма-кванты и небольшое число электрон-позитронных пар. Эти пары в конечном итоге могут аннигилировать, создавая дополнительные гамма-кванты. 

Аннигиляция происходит и при столкновении антинейтрона с нейтроном или протоном. Коль скоро существуют античастицы, возникает вопрос, не могут ли из античастиц образовываться антиядра. Ядра атомов обычного вещества состоят из протонов и нейтронов. Самым простым ядром является ядро изотопа обычного водорода 1H; оно представляет собой отдельный протон. Ядро дейтерия 2H состоит из одного протона и одного нейтрона; оно называется дейтроном. Еще один пример простого ядра – ядро 3He, состоящее из двух протонов и одного нейтрона. 

Антидейтрон, состоящий из антипротона и антинейтрона, был получен в лаборатории в 1966; ядро анти-3He, состоящее из двух антипротонов и одного антинейтрона, было впервые получено в 1970. Согласно современной физике элементарных частиц, при наличии соответствующих технических средств можно было бы получить антиядра всех обычных ядер. Если эти антиядра окружены надлежащим числом позитронов, то они образуют антиатомы. Антиатомы обладали бы почти в точности такими же свойствами, как и обычные атомы; они образовали бы молекулы, из них могли бы формироваться твердые тела, жидкости и газы, в том числе и органические вещества.

Почитать     Коллаэдр протестировал новую физику 

Например, два антипротона и одно ядро антикислорода вместе с восемью позитронами могли бы образовать молекулу антиводы, сходную с обычной водой H2O, каждая молекула которой состоит из двух протонов ядер водорода, одного ядра кислорода и восьми электронов. Современная теория элементарных частиц в состоянии предсказать, что антивода будет замерзать при 0° С, кипеть при 100° С и в остальном вести себя подобно обычной воде. Продолжая такие рассуждения, можно прийти к выводу, что построенный из антивещества антимир был бы чрезвычайно сходен с окружающим нас обычным миром. Этот вывод служит отправной точкой теорий симметричной Вселенной, основанных на предположении, что во Вселенной равное количество обычного вещества и антивещества. 

Мы живем в той ее части, которая состоит из обычного вещества. Если привести в соприкосновение два одинаковых куска из веществ противоположного типа, то произойдет аннигиляция электронов с позитронами и ядер с антиядрами. При этом возникнут гамма-кванты, по появлению которых можно судить о происходящем. Поскольку Земля по определению состоит из обычного вещества, в ней нет заметных количеств антивещества, если не считать мизерного числа античастиц, рождающихся на больших ускорителях и в космических лучах. То же самое относится и ко всей Солнечной системе. 

Наблюдения показывают, что в пределах нашей Галактики возникает лишь ограниченное количество гамма-излучения. Отсюда ряд исследователей делают вывод об отсутствии в ней сколько-нибудь заметных количеств антивещества. Но этот вывод не бесспорен. В настоящее время нет способа определить, например, состоит ли данная близкая звезда из вещества или антивещества; звезда из антивещества испускает точно такой же спектр, как и обычная звезда. Далее, вполне возможно, что разреженное вещество, заполняющее пространство вокруг звезды и тождественное веществу самой звезды, отделено от областей, заполненных веществом противоположного типа – очень тонкими высокотемпературными «слоями Лейденфроста». 

Таким образом, можно говорить о «ячеистой» структуре межзвездного и межгалактического пространства, в которой каждая ячейка содержит либо вещество, либо антивещество. Эту гипотезу подкрепляют современные исследования, показывающие, что магнитосфера и гелиосфера (межпланетное пространство) имеют ячеистую структуру. Ячейки с разной намагниченностью и иногда также с разными температурой и плотностью разделены очень тонкими токовыми оболочками. Отсюда следует парадоксальный вывод, что указанные наблюдения не противоречат существованию антивещества даже в пределах нашей Галактики. Если раньше не было убедительных аргументов в пользу существования антивещества, то теперь успехи рентгеновской и гамма-астрономии изменили положение. Наблюдались явления, связанные с огромным и часто в высшей степени беспорядочным выделением энергии. Вероятнее всего, источником такого энерговыделения была аннигиляция.

Почитать         Пульсар- Хамелеон

Шведский физик О.Клейн разработал космологическую теорию, основанную на гипотезе симметрии между веществом и антивеществом, и пришел к выводу, что процессы аннигиляции играют решающую роль в процессах эволюции Вселенной и формирования структуры галактик. Становится все более очевидным, что основная альтернативная ей теория – теория «большого взрыва» – серьезно противоречит данным наблюдений и центральное место при решении космологических проблем в ближайшем будущем, скорее всего, займет «симметричная космология».

Создается ловушка для антивещества, низкоэнергетических позитронов,  будет использовать сложную комбинацию электрических и магнитных полей, удерживающих античастицы от контакта с обычными частицами. В новой ловушке одновременно сможет удерживаться более триллиона частиц антивещества. "Наша ловушка будет напоминать большой отель с небольшими комнатами, в качестве которых будут выступать магнитные ловушки. В каждом таком "номере отеля смогут проживать" десятки миллиардов античастиц" - рассказывает Клиффордом Сурко из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Ученые так же разрабатывают методы и технологии с помощью которых можно будет охладить антивещество до сверхнизких температур, что замедлит движение античастиц и сделает возможным проведение измерений, экспериментов и исследований. Так же, используя магнитные поля, ученые попытаются сжать большие облака античастиц, превратив их в плотные куски антивещества, которые затем можно будет использовать для практического применения. 

"Это будет напоминать выдавливание зубной пасты из тюбика, только в нащем случае из "горловины тюбика" будет выходить невероятно плотный луч из античастиц" - пояснил Сурко. - "А мы будем использовать этот анти-луч для изучения того, как античастицы реагируют и взаимодействуют с обычными частицами. Это, в свою очередь, позволит нам приоткрыть некоторые тайны строения материи"...

У физиков Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) получилось удержать атомы антиматерии целых 16 минут. Этого времени достаточно для изучения этой плохо уловимой субстанции.

Почитать      Бак и Другие

У физиков Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) получилось удержать атомы антиматерии целых 16 минут, сообщает livescience.com. Этого времени достаточно для изучения этой плохо уловимой субстанции. Этот результат получили участники эксперимента «АЛЬФА», которые используют для своих исследований Антипротонный замедлитель - специальную вакуумную ловушку, где благодаря мощным магнитным полям атомы антиводорода удерживаются от контакта с материей.

К сведению, атом антиводорода состоит из позитрона и негативно заряженного антипротона — античастиц электрона и протона. Главная задача физиков — провести сравнение уровней энергии водорода и антиводорода, чтобы подтвердить, обладает ли антиматерия точно такой же силой электромагнитного воздействия, какой обладает и материя.

«Мы способны удержать атомы антиводорода в продолжение 1 тыс. секунд, - говорит глава эксперимента «АЛЬФА» Джефри Ханст. - Этого вполне хватит для их изучения». В настоящий момент ученые ЦЕРНа изучили уже примерно 300 атомов антиматерии.

Гипотеза о том, что антиматерия наделена такой же силой электромагнитного воздействия, что и материя, лежит в основе теории Большого Взрыва, который привел к образованию нашей Вселенной. Именно это событие 13 миллиардов лет назад и произвело одинаковое число материи и антиматерии, но последняя исчезла. Как раз ее поисками и занимаются физики, стремясь объяснить асимметрию нашего мира, открыть ее источник и объяснить эволюцию Вселенной.

Антивещество частицы той же массы, как нормальные частицы материи, но имеют противоположные электрические заряды. Материя и антиматерия аннигилируют друг с другом и их взаимодействие превращается в 100% энергию. Эта энергия обычно принимает форму сочетания гамма-лучей, нейтрино и антинейтрино, и пионов. Преобразование  форм антиматерии в энергию очень привлекательно при использования этого в качестве топлива для космических аппаратов . Один грамм антивещества, при столкновении с одним граммом обычного вещества, может генерировать столько энергии, сколько  23 внешних топливных баков Шаттла . Антивещество ракеты, как полагают, в состоянии представить конкретные импульсы до 10 миллионов секунд.

Антивещество взаимодействует также легко, как в магнитных, так и и электрических полях, если в качестве бутылки- сопла использовать обычную материю. Большая проблема при использованием антиматерии, как топлива для движения, есть проблемы при получении и хранении ее.

Антиматерия ( антивещество ) очень редко встречается и недолго живет в природе, поэтому она должна быть получена в результате научных изысканий и в дальнейшем выход на приемлемое производство. Сегодня могут быть произведены только нанограмм (миллиардных долей грамма) антиматерии в год. Стоимость грамма около $ 62,5 триллиона долларов , что делает антиматерию самым дорогим веществом на Земле. 

Конечно, названные обьемы производства не приемлемы, так как требуется десятки килограммов, чтобы сделать возможными межпланетные перелеты, и тонны антивещества должны быть произведены для межзвездных и межгалактических миссий. Методы производства для создания и хранения антивещества должны быть увеличены на billionfold, а его стоимость должна снизиться радикально, прежде чем антиматерию можно рассматривать, как топливо. Относительно высокие технологии уровня передовых ракет с применением антивещества представляют собой не только инженерные препятствия в создании ракеты, но и трудности в получении и хранении огромного количества антивещества.

Протон-антипротонных столкновениях (в отличие от электрон-позитронного или водород антиводорода столкновения) являются предпочтительными для движения, так как реакции образуется большой процент заряженных частиц (пионов), которые могут содержаться и направлен на удар с электромагнитными полями. В целом, весь смысл заключается в получение высокозаряженных элементарных частиц и получение максимального КПД от топлива при реактивном движении.

Антивещество при реакции образуется большое количество радиации, в том числе гамма-лучей и пионов, что предопределяет создание надежной защиты при использовании этой технологии.

ICAN означает Ион сжатой антиматерии ядерной.  Двигатель ICAN использует топливные гранулы, которые прокаливают до слияния веществ, что порождает пучки лазеров или высокозаряженных частиц. Полученная от взрыва энергия частично направлена на вогнутую поверхность магнитного сопла, что и обеспечивает тягу.

Схема ICAN использует гранулы, которые используют деления урана- топливо (уран-238), а также синтез дейтерия-трития топливной смеси в приблизительном отношение 1:09 . На ионные пучки, а в момент пика сжатия, направляется поток антипротонов для ускорения процесса деления. Для сравнения, обычные деления урана производит от 2 до 3 нейтронов на акт деления, и напротив, антипротон-индуцированного деления урана дает ~ 16 нейтронов на акт деления. Выделившийся энергии, от процесса деления, дает высокую эффективность топлива, в результате чего, быстро расширяющаяся плазма, используется для тяги. Каждая реакция дает примерно столько же энергии, как 20 тонн тротила. Схема ICAN позволяет производить удельный импульс до 17000 секунд, а максимальная скорость 166 600 метров в секунду.

Почитать       Плазма

ICAN нуждается лишь в очень скромных количество антивещества (около 140 нанограмм для межпланетной соседней миссии). Такое количество топлива может быть произведено в течение примерно года или около того на оборудование, которыми располагает, например, ФермиЛаб.

Схема ICAN прорабатывается в Университете штата Пенсильвания и в настоящее время рассматривается для пилотируемых полетов на Марс. Самые последние конфигурации двигателя, называется ICAN-II, теоретически мог бы совершить путешествие на Красную Планету и обратно всего за 120 дней.

Почитать      К свету далекой Звезды...

AIM в AIMSTAR означает- антиматерия инициатива микролитье. Как и в схеме ICAN, AIMStar разрабатывается Университета штата Пенсильвания, в частности, для межзвездной миссии, которая будет нести космический корабль далеко за пределы гелиопаузы на расстояние в 10000 а.е от Солнца. Кроме того, как схема ICAN, двигатель AIMStar пытается использовать существующие или ближайшие технологии по получению антивещества , в частности, изобретая более эффективные ловушки, и применять их в космических двигательных установках.

Ловушки Пеннинга, в основном, это мощные магнитные "бутылки" с удельным электрическим полем, используемых для проведения антипротонов. Гранулы деления / термоядерного горючего (по аналогии с топливом ICAN гранулы, выше, но меньше) "выстреливают" через ловушку, в основном сжаты античастицы на внешнем слое в ловушке. Двигатель AIMStar производит около 200 ожогов в секунду.

Рассматривается вопрос о топливе для AIMStar. Это дейтерий-тритий (DT) и дейтерия и гелия-3 (DHe3) смеси. DT топлива обеспечивает больше энергии и повышенной тяги, но тритий для DT смеси гораздо сложнее получить, чем гелий-3, и при реакции дейтерий-тритий образуется гораздо больше радиации, чем при использование топлива  DHe3.

Двигатель AIMStar потребуется около 28 микрограммов антивещества, для предпологаемого перелета в пределах 10000 а.е, и имеет верхний удельный импульс около 61 000 секунд.

http://www.orbitalvector.com

http://www.km.ru/nauka/2011/06/07/nauchnye-issledovaniya-i-otkrytiya-v-mire/uchenye-sovershili-proryv-v-izuchenii-ant