პოზიტრონი და სიმსივნური უჯრედები

მოგესალმებით მეგობრებო ამ ცოტა ხნის წინ სამედიცინო ფიზიკის განხრით სამედიცინო უნივერსიტეტში გაიმართა კონფერენცია , სადაც თქვენს მონა-მორჩილსაც მოუწია გამოსვლა ზემოთხსენებულ ანტიმატერიის არსებობა არამარტო ფილოსოფიურად და თეორიულადაა დამტკიცებული, არამედ ექსპერიმენტულადაცაა დადასტურებული და თანაც, არაერთხელ. ვინც მათემატიკას იცნობთ, გეცოდინებათ, რომ არსებობენ დადებითი და უარყოფითი რიცხვები. იგივეა მატერიასთან მიმართებაშიც. წლების განმავლობაში არავის წარმოედგინა ასეთი რამის არსებობა. 

თუმცა, მე-20 საუკუნის დასაწყისში, ბრიტანელმა ნობელიანტმა ფიზიკოსმა პოლ დირაკმა (Paul Dirac) პირველმა განუცხადა სამყაროს, რომ ანტიმატერია არსებობსო და ამ ანტიმატერიისგან მთელი სამყაროც უნდა იყოს შექმნილი სადღაცო. მე-20 საუკუნის დასაწყისში კი ჯერ ისევ ითვლებოდა, რომ ენერგია მხოლოდ დადებითი არსებობდა ანუ ანტიენერგიის (და ანტიმატერიის) თეორიული არსებობაც კი შეუძლებელი იყო. თავისთავად, ანტიმატერიის იდეამ დიდი დაინტერესება გამოიწვია და დაიწყო მისი ძიება. ლაბორატორიებში უამრავ ექსპერიმენტებს ატარებდნენ, რომ იგი მიეღოთ.

ერთხელაც ამან შედეგი გამოიღო. 1932 წელს ამერიკელმა ფიზიკოსმა კარლ ანდერსონმა პოზიტრონი კოსმოსური სხივების შემადგენლობაში აღმოაჩინა. დირაკმა უმალვე სხვა ანტინაწილაკების არსებობის ჰიპოთეზა გამოთქვა. 1955 წელს ანტიპროტონიც აღმოაჩინეს. ანტიმატერიის არსებობა ეჭვს აღარ იწვევდა. პოზიტრონს (е+) ელექტრონის მასა აქვს, მაგრამ მისგან განსხვავებით პოზიტრონს დადებით მუხტი გააჩნია. აღსანიშნავია რომ სწორედ პოზიტრონი იყო პირველი ცნობილი ანტი ნაწილაკი. თუმცა, მეცნიერები აქ როდი შეჩერებულან.ახლა ანტიატომის შექმნა იქნებოდა ზუსტად დროული. არ გაგიკვირდებათ, მეცნიერებმა ესეც შეძლეს. ქიმიიდან გემახსოვრებათ დეიტრონი. დეიტრონი (მძიმე წყალბადის) ატომის ბირთვია. პირველი ობიექტი, შემდგარი მთლიანად ანტინაწილაკებისგან, სინთეზირებულ იქნა 1965 წელს და ეს იყო – ანდიდეიტრონი. მოხდა ანტიელექტრონების მიერთება ანტიბირთვთან, შემდეგი ნაბიჯი კი ცხადია იქნებოდა მიღებული ანტი ატომის კვლევა. პირველ რიგში საინტერესოა ასეთი ატომის გამოსხივების სპექტრი. თუ აღმოჩნდებოდა, რომ ანტიწყალბადი ცოტათი მაინც განსხვავდება წყალბადისგან, მაშინ სამყაროში ნივთიერება-ანტინივთიერების ასიმეტრიულ გავრცელების საიდუმლოს აეხდებოდა ფარდა.

ამის შემდეგ მიიღეს კიდევ უფრო მძიმე ანტიბირთვებიც. 1995 წელს ევროპის ბირთვული კვლევების ცენტრში (CERN) სინთეზირებულ იქნა ანტიწყალბადის ბირთვი, შემდგარი მთლიანად პოზიტრონებისა და ანტიპროტონებისგან.
ამასობაში ცერნის ძველი ამაჩქარებელი გამოვიდა მწყობრიდან. მხოლოდ 2002 წელს მოხდა სამუშაოების გაგრძელება და ანტიწყალბადის მიღება, რათა კვლევები გაგრძელებულიყო. თუმცა ამ ნაწილაკებზე ექსპერიმენტების ჩატარებაც შეუძლებელი აღმოჩნდა: როგორც აღმოჩნდა ისინი ძალიან სწრაფად ანიჰილირებენ. საჭირო იყო შეექმნათ კარგი მაგნიტური “ხაფანგი”, რომელიც ანტი ატომებს ვაკუუმში დაიჭერდა. რა არის ანიჰილაცია; ანიჰილაცია – ნაწილაკების და ანტინაწილაკების ერთმანეთთან შეჯახების მერე სხვა განსხვავებულ ნაწილაკებად გადაქცევის რეაქციაა. ელექტრონისა და პოზიტრონის ანიჰილაციის დროს გამოსხივდება სამი ფოტონი (ფოტონი – ელექტრომაგნიტური გამოსხივების რაოდენობა (ულუფა), რომელიც შეიძლება გამოასხივოს ან შთანთქას ატომმა ან სხვა კვანტურმა სისტემამ ერთჯერადი აქტის დროს; ელემენტარული ნაწილაკი, იგივეა, რაც სინათლის კვანტი.), დიდ ენერგიებზე შესაძლებელია მეტ ფოტონებადაც გადაქცევა, ხოლო ასეულობით მევ. ენერგიაზე ეს ნაწილაკები გადაიქცევიან ჰადრონებად.

1 კგ. მატერიისა და ამდენივე ანტიმატერიის ანიჰილაციის დროს გამოსხივდება 1,8×1017 ჯოული ენერგია, რაც 47 მეგატონა ტროტილური ექვივალენტის ტოლია. შედარებისთვის: ყველაზე მძლავრი თერმობირთვული ბომბი, რომელიც სსრკ ააფეთქა იწონიდა 20 ტონას და აფეთქების სიმძლავრე 50 მეგატონა იყო.

2010 წელს ევროპის ბირთვული კვლევების ცენტრის(CERN) ფიზიკოსებმა შექმნეს ანტიწყალბადის რამდენიმე ატომი და შეძლეს მათი შეკავება მაგნიტურ დამჭერში მცირე ხნით. და როგორც ზემოთ მოგახსენეთ ადრე, ქმნიდნენ რა ანტიმატერიას, მეცნიერები ვერ ახერხებდნენ მის კვლევას, რადგან ანტიწყალბადი ძალიან სწრაფად ანიჰილირდება ჩვეულებრივ მატერიასთან შეხებისთანავე. ამჯერად მკვლევარებმა შეძლეს საკმაოდ ნელი(ცივი) ანტიატომების მიღება, ისე, რომ ატომები 0,1-0,2 წამით შეაყოვნეს ”მაგნიტურ ბოთლში”.

ანტიწყალბადის ატომების შესაკავებლად მაგნიტური დამჭერი იყენებს მათ მაგნიტურ თვისებებს. ფიზიკოსებს მოუწიათ 10 მილიონი ანტიპროტონის და 700 მილიონი პოზიტრონის(ელექტრონის ანტინაწილაკი) შექმნა. მათი ურთიერთქმედებით წარმოიქმნა ათასობით ანტიწყალბადის ატომი. უმრავლესობამ მომენტალურად დატოვა მაგნიტური ბოთლი და ანიჰილირდა, მხოლოდ 38 მათგანი შეყოვნდა მაგნიტური ველების ქსელში იმდენ ხანს, რამდენიც შესაძლებელს ხდიდა მათზე რაიმე გაზომვების ჩატარებას. კვლევები დღემდე მიმდინარეობს და ალბათ კიდევ დიდხანს გაგრძელდება. მეცნიერები გეგმავენ გაიღრმაონ გამოცდილება ანტიმატერიის მიღებასა და მის დიდხანს დაჭერაში მაგნიტურ ხაფანგში. ამის ნათელი დადასტურებაა ის რომ იტალიის ბირთვული ფიზიკის ნაციონალურმა ინსტიტუტმა და რომის უნივერსიტეტმა “ტორვერგატამ” ხელი მოაწერეს საერთაშორისო ლაბორატორიის შექმნის შეთანხმებას და უკვე დაიწყო პროექტი, რომელიც ელექტრონ-პოზიტრონული კოლაიდერი SuperB-ის მშენებლობას გულისხმობს. უახლოეს თვეებში პროექტს, როგორც ვარაუდობენ შეუერთდება იტალიის ტექნიკური ინსტიტუტი. SuperB-ის მშენებლობა დაიწყება 2012 წელს, ხოლო კოლაიდერის ექსპულატაციაში გაშვება იგეგმება 2017 წლისათვის. სიჩქარე განპირობებულია იმით, SuperB-ს მოუწევს ანალოგიურ იაპონურ კონკურენტ Belle II-თან კონკურენცია, რომლის სტარტის 2016 წელსაა დაგეგმილი.

ანტიწყალბადის კვლევით ფიზიკოსები ცდილობენ ამოხსნან ამოცანა ასიმეტრიისა მატერიასა და ანტიმატერიას შორის, მათი იდუმალი დისბალანსი სამყაროში.

ანტინაწილაკების გამოყენება მედიცინაშიც დაიწყეს (პოზიტრონული ტომოგრაფია, პროტონული ქირურგია),
ამ ცოტა ხნის წინ შრომის, ჯანმრთელობის და სოციალური დაცვის მინისტრი მაღალი სამედიცინო ტექნოლოგიების საუნივერსიტეტო კლინიკას ესტუმრა. მინისტრი ონკოლოგიური დაავადებების დიაგნოსტიკისა და მკურნალობის ახალ მეთოდებს გაეცნო.

ფუნქციონალური დიაგნოსტიკის ეს მეთოდი უნიკალურია და მას პოსტსაბჭოთა სივრცეში ანალოგი არ გააჩნია. ახალი პოზიტრონ – ემისიური ტომოგრაფიის საშუალებით შესაძლებელია ადამიანის ორგანიზმში ზუსტად დადგინდეს ონკოლოგიური დაავადების სტადიები.

გამოკვლევა სიმსივნურად აქტიურ უჯრედებში სპეციალური პრეპარატის ჩართვით ხდება რის შემდეგაც პაციენტს შესაბამისი მკურნალობა დაენიშნება. ადრეული სტადიების სიმსივნეების გამოსავლენად პოზიტრონ-ემისიური ტომოგრაფია უნიკალურია, როგორც ფუნქციონალური დიაგნოსტიკის მეთოდი.

ემისიური პოზიტრონული ტომოგრაფია კვლევის უმტკივნეულო, მარტივი და სწრაფი მეთო-დია. რადიოაქტიური (იზოტროპული) ინდიკატორი შეჰყვათ ვენაში. სკანერი აფიქსირებს ინ-დიკატორის მიერ გამოსხივებულ გამა-სხივებს იმ მომენტში, როდესაც ის გადის გულის სის-ხლძარღვებში.

სამგანზომილებიანი ფერადი გამოსახულება საშუალებას აძლევს ექიმებს დაადგინონ სისხლის მოძრაობის შეფერხების ადგილი. ამ მეთოდის სიზუსტე 95%-ია.

აღსანიშნავია რომ ამა წლის მაისიდან პოზიტრონულ-ემისიური სკანერით საქართველოშიც ისარგებლებთ. უმნიშვნელოვანესია, რომ ასეთი აპარატი მთლიანად, კავკასიის რეგიონში პირველია აქამდე, ონკოდაავადებულები იძულებული იყვნენ, გამოკვლევებისთვის საზღვარგარეთ წასულიყვნენ, რაც საკმაოდ დიდ თანხებთან იყო დაკავშირებული.

არსებობს ბევრი მოსაზრება თემაზე, თუ რატომ არის დამზერადი სამყარო შემდგარი მატერიისგან და არსებობენ თუ არა სხვა სამყაროები, შემდგარნი, პირიქით, პრაქტიკულად მთლიანად ანტინივთიერებისგან. დღეისათვის რაოდენობრივი ასიმეტრია მატერიასა და ანტიმატერიას შორის ფიზიკოსებისთვის ერთ-ერთ ამოუხსნელ ამოცანას წარმოადგენს.
თუმცა ვარაუდობენ, რომ დიდ აფეთქებამდე ანტიმატერიისა და მატერიის თანაბარი რაოდენობა არსებობდა. მოხდა დიდი აფეთქება, თანაფარდობა დაირღვა და მატერია უფრო მეტი აღმოჩნდა ვიდრე ანტიმატერია. სწორედ ამის გამო წარმოიქმნა კოსმოსი.

ასე რომ ანტიმატერია, ანტი ნაწილაკები ჯერ კიდევ რჩება თანამედროვეობის ერთ-ერთი ბოლომდე შეუსწავლელ ფენომენად, რომელსაც მეცნიერება აუცილებლად გამოიყენებს თავისი დიდი ხნის სენის – კიბოს დასამარცხებლად.