אחת המשימות המעניינות ביותר העומדות בפני המדע המודרני היא לפענח את מסתורי היקום. ידוע שכל דבר בעולם מורכב מחומר או חומר. אבל, על פי ההנחות של מדענים, ברגע המפץ הגדול, לא רק החומר המרכיב את כל האובייקטים של העולם הסובב נוצר, אלא גם מה שנקרא אנטי-חומר, אנטי-חומר, ולכן, האנטי-חלקיקים של משנה.
אנטי-חלקיק של האלקטרון
האנטי-חלקיק הראשון שקיומו נחזה ולאחר מכן הוכח מדעית היה הפוזיטרון.
כדי להבין את מקורו של אנטי-חלקיק זה, כדאי להתייחס למבנה האטום. ידוע שגרעין האטום מכיל פרוטונים (חלקיקים בעלי מטען חיובי) וניטרונים (חלקיקים שאין להם מטען). אלקטרונים מסתובבים במסלוליו - חלקיקים בעלי מטען חשמלי שלילי.
פוזיטרון הוא האנטי-חלקיק של האלקטרון. יש לו מטען חיובי. בפיזיקה, הסמל של פוזיטרון נראה כך: e+ (הסמל המשמש לציון אלקטרון הואe-). אנטי-חלקיק זה מופיע כתוצאה מהתפרקות רדיואקטיבית.
במה שונה פוזיטרון מפרוטון?
המטען של הפוזיטרון חיובי, כך שההבדל שלו מהאלקטרון והנייטרון ברור. אבל לפרוטון, שלא כמו האלקטרון והנייטרון, יש גם מטען חיובי. יש אנשים שעושים את הטעות שהם מאמינים שפוזיטרון ופרוטון הם בעצם אותו דבר.
ההבדל הוא שפרוטון הוא חלקיק, חלק מהחומר, חומר המרכיב את העולם שלנו, שהוא חלק מכל גרעין אטום. הפוזיטרון הוא האנטי-חלקיק של האלקטרון. אין לזה שום קשר לפרוטון, מלבד מטען חיובי.
מי גילה את הפוזיטרון?
לראשונה, קיומו של הפוזיטרון הוצע על ידי הפיזיקאי האנגלי פול דיראק ב-1928. ההשערה שלו הייתה שאנטי-חלקיק בעל מטען חיובי מתאים לאלקטרון. בנוסף, דיראק הציע שלאחר שנפגשו, שני החלקיקים ייעלמו, וישחררו כמות גדולה של אנרגיה בתהליך. השערה נוספת שלו הייתה שיש תהליך הפוך שבו מופיעים אלקטרון וחלקיק הפוכים לו. התמונה מציגה את עקבותיו של אלקטרון והאנטי-חלקיקים שלו
כמה שנים מאוחר יותר, הפיזיקאי קרל אנדרסון (ארה ב), שצילם חלקיקים עם תא עננים וחקר את עקבותיהם, גילה עקבות של חלקיקים הדומים לאלקטרונים. עם זאת, למסלולים הייתה עקמומיות הפוכה מהשדה המגנטי. לכן, החיוב שלהם היה חיובי. היחס בין מטען החלקיקים למסה היה זהה לזה של אלקטרון. לפיכך, התיאוריה של דיראק אוששה בניסוי. אנדרסון נתןאנטי-חלקיק זה נקרא פוזיטרון. על תגליתו, זכה המדען בפרס נובל לפיזיקה.
המערכת המצמדת של אלקטרונים ופוזיטרון נקראת "פוזיטרון".
השמדה
המונח "השמדה" מתורגם כ"היעלמות" או "הרס". כאשר פול דיראק הציע שאלקטרון החלקיקים והאנטי-חלקיק של האלקטרון ייעלמו בהתנגשות, הייתה זו הכוונה להשמדתם. במילים אחרות, מונח זה מתאר את תהליך האינטראקציה בין החומר לאנטי-חומר, המוביל להיעלמותם ההדדית ולשחרור משאבי אנרגיה במהלך תהליך זה. ככזה, הרס החומר אינו מתרחש, הוא רק מתחיל להתקיים בצורה אחרת.
בעת התנגשות של אלקטרון ופוזיטרון, נוצרים פוטונים - כמות של קרינה אלקטרומגנטית. אין להם לא מטען ולא מסת מנוחה.
יש גם תהליך הפוך שנקרא "לידה של זוג". במקרה זה, החלקיק והאנטי-חלקיק מופיעים כתוצאה מאינטראקציה אלקטרומגנטית או אחרת.
גם כאשר פוזיטרון אחד ואלקטרון אחד מתנגשים, משתחררת אנרגיה. די לדמיין למה תוביל ההתנגשות של חלקיקים רבים עם אנטי-חלקיקים. הפוטנציאל האנרגטי של השמדה עבור האנושות לא יסולא בפז.
אנטיפרוטון ואנטינויטרון
הגיוני להניח שמכיוון שהאנטי-חלקיק של האלקטרון קיים בטבע, אז חלקיקים יסודיים אחרים צריכיםיש אנטי-חלקיקים. האנטי-פרוטון והאנטי-נייטרון התגלו ב-1955 וב-1956 בהתאמה. לאנטי-פרוטון יש מטען שלילי, לאנטי-נייטרון אין מטען. אנטי-חלקיקים פתוחים נקראים אנטי-נוקלונים. לפיכך, לאנטי-חומר יש את הצורה הבאה: גרעיני האטומים מורכבים מאנטי-נוקלונים, ופוזיטרון סובב סביב הגרעין.
ב-1969 הושג האיזוטופ הראשון של אנטי-הליום בברית המועצות.
בשנת 1995 פותח אנטי מימן ב-CERN (המעבדה האירופית למחקר גרעיני).
קבלת אנטי-חומר והמשמעות שלו
כפי שנאמר, האנטי-חלקיקים של האלקטרון, הפרוטון והנייטרון מסוגלים להכחיד עם החלקיקים המקוריים שלהם, וליצור אנרגיה במהלך ההתנגשות. לכן, לחקר התופעות הללו יש חשיבות רבה עבור תחומי מדע שונים.
קבלת אנטי-חומר היא תהליך ארוך במיוחד, מייגע ויקר. לשם כך נבנים מאיצי חלקיקים ומלכודות מגנטיות מיוחדות, שאמורות להחזיק את האנטי-חומר שנוצר. אנטי-חומר הוא החומר היקר ביותר עד כה.
אם ניתן היה להפעיל את ייצור האנטי-חומר, אז האנושות תסופק עם אנרגיה למשך שנים רבות. בנוסף, ניתן היה להשתמש באנטי-חומר ליצירת דלק רקטי, מכיוון שלמעשה, הדלק הזה היה מתקבל פשוט ממגע של אנטי-חומר עם כל חומר.
אנטי-חומר
כמו תגליות רבות שעשה האדם, גילוי של אנטי-חלקיקים של אלקטרונים ונוקלאון עשוי להציג לאנשיםאיום רציני. כולם יודעים את כוחה של פצצת האטום ואת ההרס שהיא עלולה לגרום. אבל כוחו של הפיצוץ במהלך מגע החומר עם אנטי-חומר הוא עצום ורב פי כמה מכוחה של פצצת אטום. לפיכך, אם יומצא "אנטי פצצה" יום אחד, האנושות תעמיד את עצמה על סף הרס עצמי.
אילו מסקנות אנחנו יכולים להסיק?
- היקום מורכב מחומר ואנטי-חומר.
- האנטי-חלקיקים של האלקטרון והנוקלונים נקראים "פוזיטרון" ו"אנטינוקלונים".
- לאנטי-חלקיקים יש מטען הפוך.
- התנגשות של חומר ואנטי-חומר מובילה להשמדה.
- אנרגיית ההשמדה כה גדולה שהיא יכולה גם לשרת את תועלת האדם וגם לאיים על קיומו.
