Войти
В современной физике, антивещество определяется как материя, которая состоит из античастиц (или «партнеров») соответствующих частиц «обычного» вещества. Незначительное количество античастиц генерируется ежедневно на ускорителях частиц - общее производство составило всего несколько нанограмм - и в естественных процессах, таких как столкновения космических лучей и некоторые типы радиоактивный распад, но лишь небольшая часть из них была успешно связана в экспериментах с образованием антиатомов. Никакое макроскопическое количество антивещества никогда не собиралось из-за чрезвычайной стоимости и сложности производства и обращения.
Теоретически частица и ее античастица (например, протон и антипротон ) имеют одинаковую массу, но противоположный электрический заряд и другие различия в квантовых числах. Например, протон имеет положительный заряд, а антипротон - отрицательный.
Столкновение между любой частицей и ее партнером-античастицей приводит к их взаимной аннигиляции, вызывая различные пропорции интенсивных фотонов (гамма-лучей ), нейтрино, а иногда и менее массивные пары частица-античастица. Большая часть полной энергии аннигиляции возникает в виде ионизирующего излучения. Если присутствует окружающее вещество, энергия этого излучения будет поглощена и преобразована в другие формы энергии, такие как тепло или свет. Количество высвобождаемой энергии обычно пропорционально общей массе столкнувшегося вещества и антивещества, в соответствии с уравнением эквивалентности массы и энергии, E = mc.
Частицы антивещества связываются с каждой другие образуют антивещество, точно так же, как обычные частицы связываются, образуя нормальную материю. Например, позитрон (античастица электрона ) и антипротон (античастица протона) могут образовывать антиводород атом. Ядра из антигелия были искусственно получены с трудом, и это самые сложные антиядра, наблюдаемые до сих пор. Физические принципы показывают, что возможны сложные атомные ядра антивещества, а также антиатомы, соответствующие известным химическим элементам.
Имеются веские доказательства того, что наблюдаемая вселенная почти полностью состоит из обычного вещества, а не из равной смеси вещества и антивещества. Эта асимметрия материи и антивещества в видимой Вселенной является одной из великих нерешенных проблем физики. Процесс, посредством которого возникает это неравенство между частицами материи и антивещества, называется бариогенезис.
Воспроизведение Ежедневно происходит около 500 наземных гамма-лучей. Красные точки показывают те, что были обнаружены космическим гамма-телескопом Ферми в 2010 г. . Синие области указывают, где могут возникнуть молнии для земных гамма-вспышек. 
Воспроизвести медиа Видео, показывающее, как ученые использовали детектор гамма-излучения космического телескопа Ферми для обнаружения вспышек антивещества от гроз. Частицы антивещества могут быть определены по их отрицательному барионному числу или лептонному числу, в то время как «нормальные» (не -антимат г) частицы вещества имеют положительное барионное или лептонное число. Эти два класса частиц являются античастичными партнерами друг друга. «позитрон » является эквивалентом антивещества «электрона ".
. Французский термин контртеррен привел к инициализму« CT »и научно-фантастический термин «ищущий», используемый в таких романах, как Seetee Ship.
Идея отрицательной материи появляется в прошлых теориях материи, которые сейчас был заброшен. Используя некогда популярную вихревую теорию гравитации, возможность существования материи с отрицательной гравитацией обсуждалась Уильямом Хиксом в 1880-х годах. Между 1880-ми и 1890-ми годами Карл Пирсон предположил существование «брызг» и стоков потока эфира. Брызги представляли нормальную материю, а стоковые - отрицательную материю. Теория Пирсона требовала четвертого измерения для эфира, чтобы из него течь. и в.
Термин антивещество впервые был использован Артуром Шустером в двух довольно причудливых письмах в Nature в 1898 году, в которых он ввел этот термин. Мы исследовали антиатомы, а также всю солнечную систему на основе антивещества и обсудили возможность уничтожения друг друга вещества и антивещества. Идеи Шустера не были серьезным теоретическим предложением, просто предположением, и, как и предыдущие идеи, отличались от современной концепции антивещества тем, что обладали отрицательной гравитацией.
. Современная теория антивещества началась в 1928 году с работы Поль Дирак. Дирак понял, что его релятивистская версия волнового уравнения Шредингера для электронов предсказала возможность антиэлектронов. Они были обнаружены Карлом Д. Андерсоном в 1932 году и названы позитронами (портманто «положительного электрона»). Хотя сам Дирак не использовал термин «антивещество», его использование вполне естественно следует из антиэлектронов, антипротонов и т. Д. Полная периодическая таблица антивещества была предусмотрена Чарльзом Джане в 1929 году. 235>
Интерпретация Фейнмана – Штюкельберга утверждает, что антивещество и античастицы являются регулярными частицами, движущимися назад во времени.
Односторонний Чтобы обозначить античастицу, нужно добавить черту над символом частицы. Например, протон и антипротон обозначены как. p. и. p. соответственно. То же правило применяется, если к частице обращаются по ее составляющим компонентам. Протон состоит из . u.. u. . d. кварков, поэтому антипротон должен образовываться из . u.. u. . d. антикварков. Еще одно соглашение - различать частицы по их электрическому заряду. Таким образом, электрон и позитрон обозначаются просто как. e. и. e. соответственно. Однако во избежание путаницы эти два соглашения никогда не смешиваются.
Теоретические антигравитационные свойства антивещества в настоящее время проверяются в альфа-эксперименте в ЦЕРНе. Антивещество, вступая в контакт с материей, аннигилирует и то и другое, оставляя после себя чистую энергию. Необходимы исследования для изучения возможных гравитационных эффектов между веществом и антивеществом, а также антивеществом и антивеществом. Однако исследования трудно учитывать, когда эти двое встречаются, они аннигилируют, наряду с текущими трудностями захвата и удержания антивещества.
Есть веские теоретические причины полагать, что, помимо того факта, что античастицы имеют разные знаки на всех зарядах (например, электрические и барионные заряды), материя и антивещество имеют совершенно одинаковые свойства. Это означает, что частица и соответствующая ей античастица должны иметь одинаковые массы и время распада (если они нестабильны). Это также означает, что, например, звезда, состоящая из антивещества («антизвезда»), будет светить так же, как обычная звезда. Эта идея была проверена экспериментально в 2016 году в эксперименте ALPHA, в котором измерялся переход между двумя состояниями с наименьшей энергией антиводорода. Результаты, идентичные результатам с водородом, подтвердили применимость квантовой механики к антивеществу.
Большая часть вещества, наблюдаемого с Земли, похоже, состоит из материи, а не из антивещества.. Если бы области пространства с преобладанием антивещества существовали, гамма-лучи, образующиеся в реакциях аннигиляции вдоль границы между областями материи и антивещества, были бы обнаружены.
Античастицы создаются повсюду во вселенной, где высоко- происходят столкновения энергетических частиц. Высокоэнергетические космические лучи, воздействующие на атмосферу Земли (или любое другое вещество в Солнечной системе ), производят незначительное количество античастиц в образующихся струях частиц, которые немедленно уничтожаются при контакте с близлежащим веществом. Подобным же образом они могут возникать в таких регионах, как центр Млечного Пути и других галактиках, где происходят очень энергичные небесные события (в основном, взаимодействие релятивистских джетов с межзвездная среда ). Присутствие образовавшегося антивещества обнаруживается двумя гамма-лучами, возникающими каждый раз, когда позитроны аннигилируют с ближайшим веществом. Частота и длина волны гамма-лучей указывают на то, что каждое из них несет 511 кэВ энергии (то есть масса покоя электрон, умноженное на c ).
Наблюдения, проведенные спутником INTEGRAL Европейского космического агентства, могут объяснить происхождение гигантского облака антивещества, окружающего центр галактики. Наблюдения показывают, что облако асимметрично и соответствует структуре рентгеновских двойных систем (двойных звездных систем, содержащих черные дыры или нейтронные звезды), в основном на одной стороне галактического центра. Хотя механизм до конца не изучен, он, вероятно, будет включать образование электрон-позитронных пар, поскольку обычное вещество приобретает кинетическую энергию при падении в звездный остаток.
. Антивещество может существовать в относительно больших количествах в отдаленных местах. галактики из-за космической инфляции в изначальное время Вселенной. Предполагается, что галактики на антивеществе, если они существуют, будут иметь такой же химический состав и спектры поглощения и излучения, что и галактики с нормальной материей, а их астрономические объекты будут идентичны с точки зрения наблюдений, что затрудняет их поиск. НАСА пытается определить, существуют ли такие галактики, ища рентгеновские и гамма-сигнатуры аннигиляционных событий в сталкивающихся сверхскоплениях.
В октябре 2017 г. Ученые, работающие над экспериментом BASE в ЦЕРН, сообщили об измерении антипротона магнитного момента с точностью до 1,5 частей на миллиард. Это согласуется с наиболее точным измерением магнитного момента протона (также сделанным BASE в 2014 г.), которое поддерживает гипотезу о симметрии CPT. Это измерение представляет собой первый случай, когда свойство антивещества известно более точно, чем эквивалентное свойство материи.
Квантовая интерферометрия антивещества была впервые продемонстрирована в лаборатории L-NESS Р. Феррагута в Комо (Италия) группой под руководством М. Джаммарчи.
Позитроны образуются в естественных условиях в результате β-распада природных радиоактивных изотопов (например, калий-40 ) и при взаимодействии гамма-квантов (испускаемых радиоактивными ядрами) с веществом. Антинейтрино - это еще один вид античастиц, созданных естественной радиоактивностью (β-распад). Многие различные виды античастиц также образуются (и содержатся в) космических лучей. В январе 2011 года в ходе исследования Американского астрономического общества было обнаружено антивещество (позитроны), возникающее над грозовыми облаками; Позитроны образуются в земных гамма-вспышках, создаваемых электронами, ускоренными сильными электрическими полями в облаках. Также было обнаружено, что антипротоны существуют в поясах Ван Аллена вокруг Земли с помощью модуля PAMELA.
Античастицы также образуются в любой среде с достаточно высокой температурой (средняя энергия частиц больше, чем порог производства пар ). Предполагается, что в период бариогенезиса, когда Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной, материя и антивещество непрерывно производились и аннигилировали. Присутствие оставшегося вещества и отсутствие обнаруживаемого оставшегося антивещества называют барионной асимметрией. Точный механизм, который вызвал эту асимметрию во время бариогенеза, остается нерешенной проблемой. Одним из необходимых условий этой асимметрии является нарушение CP-симметрии, которое экспериментально наблюдалось при слабом взаимодействии.
. Недавние наблюдения указывают на наличие черных дыр и нейтронных звезд. производят огромное количество позитронно-электронной плазмы посредством струй.
Спутниковые эксперименты обнаружили доказательства позитронов и нескольких антипротонов в первичных космических лучах, составляющие менее 1% частиц в первичных космических лучах. Это антивещество не может быть полностью создано в результате Большого взрыва, но вместо этого считается, что оно образовалось в результате циклических процессов при высоких энергиях. Например, электрон-позитронные пары могут образовываться в пульсарах, так как цикл вращения намагниченной нейтронной звезды срезает электрон-позитронные пары с поверхности звезды. При этом антивещество образует ветер, который разбивается о выбросы родительских сверхновых. Это выветривание происходит, когда «холодный, намагниченный релятивистский ветер, запущенный звездой, ударяет по нерелятивистски расширяющемуся выбросу, при ударе образуется система ударных волн: внешняя волна распространяется в выбросе, а обратная ударная волна распространяется обратно к звезде.. " Первый выброс вещества во внешней ударной волне и второй - образование антивещества в обратной ударной волне - это шаги в цикле космической погоды.
Предварительные результаты действующего в настоящее время альфа-магнитного спектрометра (AMS-02) на борту Международной космической станции показывают, что позитроны в космических лучах прибывают без направленности, и с энергиями от 10 ГэВ до 250 ГэВ. В сентябре 2014 г. новые результаты с почти вдвое большим объемом данных были представлены в докладе в ЦЕРН и опубликованы в Physical Review Letters. Сообщалось о новом измерении доли позитронов до 500 ГэВ, показывающем, что доля позитронов достигает максимума около 16% от общего числа электрон + позитронных событий при энергии 275-32 ГэВ. При более высоких энергиях, до 500 ГэВ, соотношение позитронов и электронов снова начинает падать. Абсолютный поток позитронов также начинает падать до 500 ГэВ, но достигает пика при энергиях, намного превышающих энергии электронов, которые достигают максимума около 10 ГэВ. Было высказано предположение, что эти результаты интерпретации связаны с образованием позитронов в событиях аннигиляции массивных частиц темной материи.
Антипротоны космических лучей также имеют гораздо более высокую энергию, чем их аналоги из нормальной материи ( протоны). Они прибывают на Землю с характерным максимумом энергии 2 ГэВ, что указывает на их образование в процессе, принципиально отличном от протонов космических лучей, которые в среднем имеют только одну шестую энергии.
Поиски продолжаются. более крупные ядра антивещества, такие как ядра антигелия (то есть анти-альфа-частицы) в космических лучах. Обнаружение природного антигелия может означать существование больших структур антивещества, таких как антизвезда. Прототип AMS-02, получивший обозначение AMS-01, был отправлен в космос на борту корабля Space Shuttle Discovery на STS-91 в июне 1998 года. при любом антигелии AMS-01 установил верхний предел 1,1 × 10 для отношения потока антигелия к гелию . В декабре 2016 года AMS-02 показал, что он обнаружил несколько сигналов, согласующихся с ядрами антигелия среди нескольких миллиардов ядер гелия. Результат еще предстоит проверить, и команда в настоящее время пытается исключить заражение.
В ноябре 2008 года сообщалось, что позитроны были созданы Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса в большем количестве, чем при любом предыдущем процессе синтеза. лазер прогонял электроны через золотые ядра мишени, что заставляло поступающие электроны излучать энергию кванты, распавшиеся и на материю, и на антивещество. Позитроны обнаруживались с большей скоростью и с большей плотностью, чем когда-либо ранее обнаруживались в лаборатории. В предыдущих экспериментах было получено меньшее количество позитронов с использованием лазеров и мишеней толщиной с бумага; однако новое моделирование показало, что короткие вспышки сверхмощных лазеров и золото миллиметровой толщины являются гораздо более эффективным источником.
Существование антипротона было экспериментальным. подтверждено в 1955 году Калифорнийским университетом в Беркли физиками Эмилио Сегре и Оуэном Чемберленом, за что они были награждены 1959 Нобелевская премия по физике. Антипротон состоит из двух верхних антикварков и одного нижнего антикварка (. u. . u. . d. ). Все измеренные свойства антипротона соответствуют соответствующим свойствам протона, за исключением того, что антипротон имеет электрический заряд и магнитный момент, противоположные протону. Вскоре после этого, в 1956 году, антинейтрон был обнаружен в протон-протонных столкновениях на Беватрон (Национальная лаборатория Лоуренса Беркли ) Брюсом Корком и его коллегами.
Помимо анти барионов, были созданы антиядра, состоящие из многократно связанных антипротонов и антинейтронов. Обычно они производятся при энергиях, слишком высоких для образования атомов антивещества (со связанными позитронами вместо электронов). В 1965 году группа исследователей во главе с Антонино Зичичи сообщила о производстве ядер антидейтерия на протонном синхротроне в ЦЕРН. Примерно в то же время группа американских физиков сообщила о наблюдениях ядер антидейтерия в Синхротроне с переменным градиентом в Брукхейвенской национальной лаборатории.
В 1995 г. ЦЕРН объявила, что успешно создала девять горячих атомов антиводорода путем реализации концепции SLAC / Fermilab во время эксперимента PS210. Эксперимент проводился с использованием низкоэнергетического антипротонного кольца (LEAR) под руководством Уолтера Оелерта и Марио Макри. Вскоре Фермилаб подтвердил выводы ЦЕРН, произведя на своих объектах около 100 атомов антиводорода. Атомы антиводорода, созданные во время PS210 и последующих экспериментов (как в ЦЕРНе, так и в Фермилабе), были чрезвычайно энергичными и не подходили для изучения. Чтобы решить эту проблему и лучше понять антиводород, в конце 1990-х годов были сформированы два сотрудничества, а именно: ATHENA и ATRAP.
. В 1999 году ЦЕРН активировал антипротон . Decelerator, устройство, способное замедлять антипротоны с 3500 МэВ до 5,3 МэВ - все еще слишком «горячее», чтобы производить эффективный для исследования антиводород, но это огромный шаг вперед. В конце 2002 года проект ATHENA объявил, что они создали первый в мире «холодный» антиводород. Вскоре после этого проект ATRAP дал аналогичные результаты. Антипротоны, использованные в этих экспериментах, охлаждались, замедляя их с помощью антипротонного замедлителя, пропуская их через тонкий лист фольги и, наконец, улавливая их в ловушку Пеннинга-Мальмберга. В целом процесс охлаждения работоспособен, но крайне неэффективен; примерно 25 миллионов антипротонов покидают антипротонный замедлитель и примерно 25 000 попадают в ловушку Пеннинга – Мальмберга, что составляет примерно 1/1000 или 0,1% от первоначального количества.
Антипротоны все еще горячие, когда первоначально захвачены. Для дальнейшего охлаждения они смешиваются в электронной плазме. Электроны в этой плазме охлаждаются циклотронным излучением, а затем сочувственно охлаждают антипротоны посредством кулоновских столкновений. В конце концов, электроны удаляются приложением кратковременных электрических полей, оставляя антипротоны с энергиями менее 100 мэВ. Пока антипротоны охлаждаются в первой ловушке, небольшое облако позитронов захватывается из радиоактивного натрия в позитронном аккумуляторе Сурко. Затем это облако снова захватывается второй ловушкой рядом с антипротонами. Манипуляции с электродами-ловушками затем направляют антипротоны в позитронную плазму, где некоторые из них объединяются с антипротонами с образованием антиводорода. На этот нейтральный антиводород не влияют электрические и магнитные поля, используемые для улавливания заряженных позитронов и антипротонов, и в течение нескольких микросекунд антиводород ударяется о стенки ловушки, где он аннигилирует. Таким образом были созданы несколько сотен миллионов атомов антиводорода.
В 2005 году ATHENA распалась, и некоторые из бывших участников (вместе с другими) сформировали ALPHA Collaboration, которая также базируется в ЦЕРНе. Конечная цель этой попытки - проверить симметрию CPT путем сравнения атомных спектров водорода и антиводорода (см. водородные спектральные серии ).
В 2016 году был построен новый антипротонный замедлитель и охладитель под названием ELENA (E Low Energy Antiproton decelerator). Он забирает антипротоны из антипротонного замедлителя и охлаждает их до 90 кэВ, что достаточно «холодно» для изучения. Эта машина работает с использованием высоких энергий. энергия и ускорение частиц в камере. Более сотни антипротонов могут быть захвачены в секунду, огромное улучшение, но все равно потребуется несколько тысяч лет, чтобы создать нанограмм антивещества.
Большинство востребованных высокоточных тестов свойств антиводорода можно было бы выполнить только в том случае, если бы антиводород был захвачен, то есть удерживался на месте в течение относительно долгого времени. Хотя атомы антиводорода электрически нейтральны, вращается составляющих их частиц производит магн. Этический момент. Эти магнитные моменты могут взаимодействовать с неоднородным магнитным полем; некоторые из атомов антиводорода могут быть притянуты до магнитного минимума. Такой минимум может быть создан комбинацией зеркальных и мультипольных полей. В такую ловушку с магнитным минимумом (минимум B) может попасть антиводород; в ноябре 2010 года коллаборация ALPHA объявила, что они захватили таким образом 38 атомов антиводорода примерно на шестую долю секунды. Это был первый случай захвата нейтрального антивещества.
26 апреля 2011 года ALPHA объявила, что они захватили 309 атомов антиводорода, некоторые из них на срок до 1000 секунд (около 17 минут). Это было дольше, чем когда-либо ранее задерживалось нейтральное антивещество. ALPHA использовала эти захваченные атомы для начала исследования спектральных свойств антиводорода.
Самым большим ограничивающим фактором в крупномасштабном производстве антивещества является наличие антипротонов. Согласно последним данным, опубликованным ЦЕРНом, при полной работе их установки способны производить десять миллионов антипротонов в минуту. Предполагая 100% -ное превращение антипротонов в антиводород, потребуется 100 миллиардов лет, чтобы произвести 1 грамм или 1 моль антиводорода (примерно 6,02 × 10 атомов антиводорода).
Ядра антигелия-3 (. He.) впервые были обнаружены в 1970-х годах в экспериментах по столкновению протонов с ядрами в Институте физики высоких энергий группой Ю. Прокошкина (Протвино, Подмосковье)., СССР), а затем созданные в экспериментах по ядерно-ядерным столкновениям. Столкновения ядер с ядрами производят антиъядра в результате слияния антипротонов и антинейтронов, образующихся в этих реакциях. В 2011 году детектор STAR сообщил об обнаружении искусственно созданных ядер антигелия-4 (анти-альфа-частицы) (. He.) в результате таких столкновений.
Антивещество не может храниться в контейнере из обычного вещества, потому что антивещество реагирует с любым предметом, которого касается, аннигилируя само себя и равное количество контейнера. Антивещество в виде заряженных частиц может содержаться комбинацией электрического и магнитного полей в устройстве, называемом ловушкой Пеннинга. Однако это устройство не может содержать антивещество, состоящее из незаряженных частиц, для которых используются атомные ловушки. В частности, такая ловушка может использовать дипольный момент (электрический или магнитный ) захваченных частиц. В высоком вакууме частицы вещества или антивещества могут быть захвачены и охлаждены слегка нерезонансным лазерным излучением с использованием магнитооптической ловушки или магнитной ловушки. Небольшие частицы также можно суспендировать с помощью оптического пинцета, используя сильно сфокусированный лазерный луч.
В 2011 году ученым ЦЕРН удалось сохранить антиводород в течение примерно 17 минут. Рекорд по хранению античастиц в настоящее время принадлежит эксперименту TRAP в ЦЕРНе: антипротоны содержались в ловушке Пеннинга в течение 405 дней. В 2018 году было внесено предложение разработать технологию сдерживания, достаточно продвинутую, чтобы удержать миллиард антипротонов в портативном устройстве, которое будет отправлено в другую лабораторию для дальнейших экспериментов.
Ученые утверждают, что антивещество - самый дорогой материал для производства. В 2006 году Джеральд Смит оценил, что 250 миллионов долларов могут произвести 10 миллиграммов позитронов (что эквивалентно 25 миллиардам долларов за грамм); в 1999 году НАСА дало цифру 62,5 триллиона долларов за грамм антиводорода. Это связано с тем, что производство затруднено (только очень небольшое количество антипротонов образуется в реакциях в ускорителях частиц) и потому, что существует более высокая потребность в других применениях ускорителей частиц. Согласно ЦЕРНу, на производство около 1 миллиардной грамма (количество, используемое до сих пор для столкновений частиц и античастиц) потребовалось несколько сотен миллионов швейцарских франков. Для сравнения: для создания первого атомного оружия стоимость Манхэттенского проекта была оценена в 23 миллиарда долларов с учетом инфляции в 2007 году.
Несколько исследований, финансируемых Институтом перспективных исследований НАСА Concepts исследуют, возможно ли использовать магнитные совки для сбора антивещества, которое естественным образом встречается в поясе Ван Аллена Земли и, в конечном итоге, в поясах газовых гигантов, таких как Юпитер, надеюсь, по более низкой цене за грамм.
Реакции материя-антивещество имеют практическое применение в медицинской визуализации, например, позитрон эмиссионная томография (ПЭТ). При положительном бета-распаде нуклид теряет избыточный положительный заряд, испуская позитрон (в этом же случае протон становится нейтроном, а нейтрино также испускается). Нуклиды с избыточным положительным зарядом легко производятся на циклотроне и широко используются в медицине. В лабораторных экспериментах также было показано, что антипротоны обладают потенциалом лечения определенных видов рака с помощью аналогичного метода, используемого в настоящее время для ионной (протонной) терапии.
Изолированное и сохраненное антивещество может использоваться в качестве топлива для межпланетных или межзвездных путешествий как часть катализированной антиматерии ядерной импульсной двигательной установки или другой ракетной техники на антивеществе, например, ракета с красным смещением. Поскольку плотность энергии антивещества выше, чем у обычного топлива, космический корабль, работающий на антивеществе, будет иметь более высокое отношение тяги к массе, чем обычный космический корабль.
Если бы столкновения вещества и антивещества приводили только к излучению фотона, вся масса покоя частиц была бы преобразована в кинетическую энергию. энергия на единицу массы (9 × 10 Дж / кг) примерно на 10 порядков больше, чем химическая энергия, и примерно на 3 порядка больше, чем ядерная потенциальная энергия, которая может быть высвобождена сегодня с помощью ядерного деления (около 200 МэВ на реакцию деления или 8 × 10 Дж / кг), и примерно на 2 порядка больше, чем наилучшие возможные результаты, ожидаемые от слияния (примерно 6,3 × 10 Дж / кг для протон-протонной цепи ). Взаимодействие 1 кг антивещества с 1 кг вещества даст 1,8 × 10 Дж (180 петаджоулей) энергии (по формуле эквивалентности массы и энергии, E = mc), или приблизительный эквивалент 43 мегатонн в тротиловом эквиваленте, что немного меньше мощности 27000 кг Царь-бомбы, самого большого термоядерного оружия, когда-либо взорвавшегося.
Не вся эта энергия может быть использована какой-либо реалистичной двигательной установкой из-за природы продуктов аннигиляции. В то время как электрон-позитронные реакции приводят к появлению гамма-квантов, их трудно направить и использовать для тяги. В реакциях между протонами и антипротонами их энергия в основном преобразуется в релятивистские нейтральные и заряженные пионы. нейтральные пионы почти сразу (со временем жизни 85 аттосекунд ) распадаются на фотоны высоких энергий, но заряженные пионы распадаются медленнее (со временем жизни 26 наносекунд) и могут отклоняться магнитно для создания тяги.
Заряженные пионы в конечном итоге распадаются на комбинацию нейтрино (несущих около 22% энергии заряженных пионов) и нестабильных заряженных мюоны (несущие около 78% энергии заряженного пиона), при этом мюоны затем распадаются на комбинацию электронов, позитронов и нейтрино (см. распад мюона ; нейтрино от этого распада несут около 2/3 энергии мюонов, что означает, что из исходных заряженных пионов общая доля их энергии, преобразованная в нейтрино тем или иным путем, будет примерно 0,22 + (2/3) ⋅0,78 = 0,74).
Антивещество считалось спусковым механизмом для ядерного оружия. Основным препятствием является сложность производства антивещества в достаточно больших количествах, и нет никаких доказательств того, что это когда-либо будет возможно. Однако США Военно-воздушные силы финансировали исследования физики антивещества во время холодной войны и начали рассматривать его возможное использование в оружии не только в качестве спускового крючка, но и в качестве самого взрывчатого вещества.
 | Wikimedia Commons has media related to Antimatter. |
