Антиматерия: Най-скъпото вещество на Земята

Каква е стойността на антиматерията?

В момента антиматерията е с цена от около 62,5 трилиона долара на грам и е най-скъпото вещество на Земята. Когато група хора са помолени да назоват най-скъпото вещество, разнообразието от отговори е огромно. Често отговорите са тривиални като любов, кокаин, пари в брой, компютърно мастило и дори секс. По-сериозните предположения включват редки вещества като диаманти, уран и платина. Някои особено проницателни хора осъзнават, че най-скъпото вещество вероятно трябва да бъде създадено изкуствено чрез някакъв изкуствен процес. Някои добри предположения в тази област са изкуствени елементи като уноноциум или унобтаний. За разлика от изкуствено направените вещества обаче, антиматерията е била обект на сериозни опити за нейното улавяне и задържане, което значително увеличава производствените й разходи.

Какво е антиматерия?

Повечето хора знаят, че основните ядрени частици, които изграждат материята, са протоните, електроните и неутроните. През 1930 г. Пол Дирак разработва описание на електрона, което също предсказва, че трябва да съществува античастица на електрона. Този антиелектрон (наричан още позитрон) е предвидено да има същата маса като електрона, но противоположен електрически заряд. По-късно е открито, че другите основни атомни частици имат аналози на антиматерията – антипротон и антинейтрон. Когато частица и нейният аналог се срещнат, и двете се унищожават, което означава, че двете частици изчезват и масата им се преобразува в енергия, следвайки принципа, въплътен в известното уравнение на Айнщайн E = mc 2. Както добре знаете, „c“ в това уравнение е скоростта на светлината, което е голямо число. Тъй като това число е на квадрат, това означава, че малко количество маса може да се превърне в огромно количество енергия. За да ви даде представа колко енергия се отделя по време на унищожаването на материя / антиматерия, тази реакция се счита за 100 000 000 000 пъти по-мощна от типична химическа експлозия като тринитротолуол (TNT) и 10 000 пъти по-мощна от ядрена експлозия.

Как се създава антиматерия?

За да създадат всъщност антиматерия, учените се фокусираха върху най-простата форма на материята, водородът. Водородният атом се състои само от един електрон и един протон. Това означава, че най-простата форма на антиматерия, антиводород, се състои от антипротон и позитрон. Позитронът се привлича към антипротон по същия начин, по който електронът се привлича към протон.

Първият антиводород е направен през 1995 г. в суперколайдера CERN (Европейска организация за ядрени изследвания) чрез сблъскване на антипротони с ксенонови атоми. При този сблъсък се получава позитрон, който се привлича електрически към друг антипротон, образувайки впоследствие антиводород. За съжаление са необходими само няколко милионни от секундата, за да могат частиците на антиматерията да влязат в контакт с техните материи, унищожавайки се и отделяйки енергия. Поради това учените са работили по начини да направят антиматерията достатъчно стабилна, за да бъде задържана. Ключът е да забавят антихидрогените, за да не се сблъскат, и това е постигнато чрез съхраняване на антиматерията в бутилка само на половин градус над абсолютната нула, теоретично най-студената постижима температура. През 2011,учените успяват да задържат произведения антиводород за повече от 15 минути, използвайки този метод.

Защо разходите са толкова високи?

Причината за колосалната цена на антиматерията е лесна за разбиране, когато се осъзнае технологията, свързана с нейното създаване. За да се получи антиводород, необходимите антипротони трябва да бъдат направени буквално един по един атом, с помощта на ускорител на частици. Суперколайдърът CERN е най-сложната машина, създадена от хората. Изграждането му отнема около десетилетие, а разходите са около 4,75 млрд. долара. Простира се приблизително на  10 мили и съдържа 9300 магнита, като всички те трябва да бъдат супер охладени до – 456,25 ° F с помощта на течен хелий. За да се случи сблъсъкът, частиците се ускоряват до 99,99% от скоростта на светлината, което изисква невероятни 120 MW електрическа мощност, достатъчна за захранване на голям град. Общият експлоатационен бюджет на колайдера е около 1 милиард долара годишно, като само разходите за електроенергия възлизат на 23,5 милиона долара годишно.