Пятое состояние вещества

Все элементы, из которых сложен мир живой и неживой природы, построены по одной и той же простой и однообразной схеме. Атом любого вещества состоит из положительно заряженного ядра. А также отрицательно заряженных электронов, стремительно движущихся вокруг него. В простейшем элементе — водороде — ядро содержит один протон, вокруг которого вращается один электрон. В ядрах остальных элементов, помимо протонов, содержатся также и электрически незаряженные частицы-нейтроны. Один элемент от другого отличается только количеством протонов и нейтронов в ядре. А также количеством электронов в ядерной оболочке. Электрически все атомы нейтральны, так как заряд ядра равен заряду электронов. Пятое состояние вещества.

В нашем представлении крепко укоренилось понятие о трех состояниях вещества — твердом, жидком и газообразном. В которых строение атомов не изменяется. Рассматривая эти различные состояния вещества, можно отметить, как постепенно убыстряется движение частиц, составляющих это вещество. В твердом веществе все атомы находятся в строго определенных точках. Совершая колебательные движения вокруг этих точек. В жидком состоянии движение атомов и молекул происходит свободнее. Движение атомов и молекул в газообразном состоянии происходит еще свободнее и беспорядочнее. Если же с атомов будут сорваны электроны, то частицы в газе, состоящем из таких атомов, будут обладать еще большей подвижностью. 

«Смесь» не связанных между собой ядер и электронов носит название плазмы. Это — четвертое состояние вещества. 

Плазма

Следовательно, плазма представляет собой особое состояние газообразного вещества. При котором электроны оторваны от «своих» ядер. А ядра вместе с электронами находятся в беспорядочном движении, не образуя обычных атомных систем. В которых ядра и электроны взаимно связаны. В плазме сосуществуют положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Те и другие существуют самостоятельно, но вместе с тем общий заряд плазмы равен нулю. 

Итак, вещество может быть в четырех состояниях. Первые три состояния — твердое тело, жидкость и газ — не связаны с изменением строения самих атомов. В четвертом — атомы деформируются, лишаются электронов, но электрические заряды электронов и протонов во всех четырех состояниях не изменяются. 

Ну, а если изменить электрический заряд составляющих атомы частиц — протонов и электронов? Заставить протоны нести отрицательный заряд, а электроны — положительный? Что будет в этом случае? Изменится ли вещество и, если изменится, то какими свойствами будет обладать оно в этом новом состоянии? 

Исходя из теоретических предпосылок, английский ученый Поль Дирак установил возможность существования положительно заряженных электронов — позитронов. В 1932 году факт их существования подтвердили экспериментально американским физиком Андерсоном. Применяя разработанный советским ученым Скобельцыным метод регистрации космических лучей, Андерсон обнаружил позитроны в потоке космических лучей. Но Дирак предполагал существование и других антиподов ядерных частиц. Если открыт антипод электрона — позитрон, то следует искать антипод протона — частицу с массой, равной массе протона. Но несущую отрицательный электрический заряд. И ученые занялись поисками этой частицы — протона с отрицательным электрическим зарядом. Или антипротона, как стали называть такую частицу. 

Аннигиляция

В начале мая 1954 года одна из групп исследователей Массачусетского технологического института, руководимая Бруно Росси, сообщила о том, что в ее камеру Вильсона проникла неизвестная космическая частица. Она ударилась о латунную пластинку прибора и «выбила» из нее три мощные «порции» электронов. Росси высказал предположение, что этой частицей мог быть антипротон, который столкнулся с протоном латунной пластинки. В результате этого столкновения антипротон и протон исчезли, превратившись в излучение с выделением огромной энергии. Процесс полного превращения взаимодействующих частиц в излучение получил, как известно, название аннигиляции. 

Отмеченное учеными явление послужило основанием к опубликованию 17 мая 1954 года в американском журнале «Тайм» статьи под интригующим названием «Существует ли отрицательный протон». Автор писал: «Происхождение этой частицы (антипротона.— В. Е.) неизвестно. Предполагается, что где-то во Вселенной существуют звезды или целые плеяды звезд из антивещества. Антипротоны вылетают оттуда в мировое пространство, где блуждают, возможно, в течение миллиардов лет. Пока не столкнутся с протонами (как это и случилось в исследованиях Росси) и аннигилируют». 

В 1955 году антипротоны были искусственно получены американским физиком Сегре на большом ускорителе в Беркли (Калифорния). Было зарегистрировано образование одного антипротона на каждые 40 тысяч протонов. 

После открытия антипротона было высказано предположение о возможности существования «материи наоборот», то есть о возможности образования атомов, в которых ядра состоят из антипротонов и антинейтронов, а оболочка — из позитронов.

Антивещество

Люди с практическим складом ума сразу же стали обдумывать возможные пути использования антивещества. 

Теоретические расчеты показывают, что при процессах аннигиляции выделение энергии в тысячу раз превышает выделение энергии при процессах ядерного деления или синтеза. Практически это можно использовать следующим образом. 

В вакуумной камере подвесили в магнитном поле небольшое количество любого элемента из антивещества, которое может длительное время служить источником излучения огромной сипы. Введенный в камеру газ или жидкость при взаимодействии с антивеществом превращается в фотонное излучение. Энергию фотонного излучения можно использовать или прямо или трансформируя ее в другие виды энергии. Но это пока фантазия, хотя и научная. 

В настоящее время во многих странах мира, где имеются ускорители ядерных частиц, проводятся интенсивные исследования антипротонов. 

В Советском Союзе на ускорителе в 10 Бэв создан специальный сепаратор для отделения антипротонов от других ядерных частиц, образующихся в камере ускорителя. Антипротонный сепаратор вы видите на первой странице обложки и на вкладке. 

Мощный ускоритель и специальное устройство — сепаратор, позволяющий получать по нескольку десятков антипротонов в каждом импульсе, позволяют производить антипротоны «индустриальными» методами. В настоящее время в Советском Союзе строится ускоритель, рассчитанный на еще большие энергии — 70 миллиардов электроновольт. Это позволит значительно расширить фронт научных исследований. 

Первый кирпичик антивещества создан всего семь лет назад, но за эти годы физика высоких энергий сделала много новых открытий. Число известных ядерных частиц за это время возросло до тридцати двух. Это вселяет уверенность в том, что человек не только решит проблему «переделки» атомов, но и научится производить антивещество в больших количествах, станет более полно использовать энергию, накопленную природой в глубинах материи.

Из истории атомных исследований

Пятое состояние вещества

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *