antimateria

Selitämme sinulle, mikä on antimateria, miten se löydettiin, sen ominaisuudet, erot aineen kanssa ja missä se löytyy.

1. Mikä on antimateria?

Hiukkasfysiikassa hiukkasten vastaisten aineiden tyyppi tunnetaan antimateriaalina eikä tavallisina hiukkasina. Toisin sanoen se on harvemmin tyyppinen asia.

Se on erotettavissa tavallisesta aineesta, mutta sen atomit koostuvat antielektroneista (positiivisella varauksella varustetut elektronit, nimeltään positronit ), antineutronista (neutronit, joilla on vastakkainen magneettinen momentti) ja antiprotoneista (protoneista, joilla on negatiivinen varaus ), ylösalaisin kuin tavalliset atomit.

Löydettyään antimateria ja aine tuhoavat toisiaan muutaman hetken kuluttua, vapauttaen valtavia määriä energiaa, joka ilmaistaan ​​korkean energian fotoneina (gammasäteinä) ja muina parina alkuainehiukkasia. cula-antipartcula. Siksi ne ovat välttämättä rinnakkain eri tiloissa.

Fysiikan tutkimuksissa hiukkaset ja antihiukkaset erotellaan käyttämällä vaakasuoraa palkkia (makro) protoneja (p) vastaavissa symboleissa, elektronia (e) ja neutroni (n). Samoin antimateriaaliatomit ilmaistaan ​​samalla kemiallisella symbolilla, saman makrosäännön mukaisesti.

Lisäksi: Atomic-mallit

1. Antimaterian löytö

Englanninkielisen fyysikon Paul Diracin (1902-1984) teoreettisia antimateriaalien olemassaoloa ehdotettiin laatia matemaattinen yhtälö, joka yhdistäisi Albert Einsteinin ja Niels Bohrin kvanttifysiikan suhteellisuustekijät.

Tämä vaikea teoreettinen työ ratkaistiin onnistuneesti ja siitä pääteltiin, että piti olla hiukkas, joka olisi analoginen elektronille, mutta positiivisella sähkövarauksella . Tätä ensimmäistä hiukkasvastaista ainetta kutsuttiin antielektroniksi, ja tänään tiedetään, että sen kohtaaminen tavallisen elektronin kanssa johtaa molemminpuoliseen tuhoamiseen ja fotonien (gammasäteiden) syntymiseen.

Siksi oli mahdollista ajatella antiprotonien ja antineutronien olemassaolosta. Diracin teoria vahvistettiin vuonna 1932, kun positronit löydettiin kosmisten säteiden ja tavallisen aineen vuorovaikutuksesta.

Siitä lähtien on havaittu elektronin ja antielektronin keskinäistä tuhoamista. Heidän kohtaamisensa muodostaa positroniumiksi tunnetun järjestelmän , jonka puoliintumisaika ei koskaan ylitä ^10–10 tai ^10–7 sekuntia.

Myöhemmin hiukkaskiihdyttimessä Berkeleyssä, Kalifornia, vuonna 1955, oli mahdollista tuottaa antiprotoneja ja antineutroneja suurienergisten atomien törmäyksissä, seuraamalla Einsteinin kaavaa E = mc ² (energia vastaa massaa ja valon nopeutta) potenssiin).

Samoin vuonna 1995 ensimmäinen antiatomi saatiin aikaan Euroopan ydintutkimusjärjestön (CERN) ansiosta. Nämä eurooppalaiset fyysikot onnistuivat luomaan vetyantimaterian tai antivetyatomin, joka koostui positronista, joka kiertää antiprotonia.

1. Antimaterian ominaisuudet

Viimeaikaiset antimateriaa koskevat tutkimukset viittaavat siihen, että kyse on yhtä vakaasta asiasta kuin tavallisesta. Sen sähkömagneettiset ominaisuudet ovat kuitenkin käänteisiä aineen ominaisuuksiin .

Sitä ei ole ollut helppo tutkia perusteellisesti ottaen huomioon laboratoriossa tapahtuvan tuotannon valtavat rahakustannukset (noin 62 500 miljoonaa dollaria luotavaa milligrammaa kohti) ja sen erittäin lyhyt kesto.

Menestyvin tapaus antimateriaalin luomisessa laboratoriossa oli noin 16 minuuttia pitkä . Jopa niin, nämä viimeaikaiset kokemukset ovat antaneet meille mahdollisuuden ymmärtää, että aineella ja antimaterialilla ei ehkä ole samoja tarkkoja ominaisuuksia.

1. Missä on antimateria?

Tämä on yksi antimaterian mysteereistä, joihin on monia mahdollisia selityksiä. Useimmat maailmankaikkeuden alkuperää koskevat teoriat hyväksyvät sen, että alussa oli samanlaisia ​​aineen ja antimaterian osuuksia .

Tällä hetkellä havaittavissa oleva maailmankaikkeus näyttää kuitenkin koostuvan vain tavallisesta aineesta . Mahdolliset selitykset tälle muutokselle viittaavat aineen ja antimaterian vuorovaikutukseen tumman aineen kanssa tai alkuperäiseen asymmetriaan aineen määrän ja antimateriaalin välillä, joka syntyi Ison räjähdyksen aikana.

Tiedämme , että planeettamme Van Allen -renkaissa tapahtuu hiukkasten luonnollisia tuotantoja . Nämä renkaat ovat noin kahden tuhannen kilometrin päässä pinnasta ja reagoivat tällä tavalla, kun gammasäteet osuvat ulkoilmaan.

Mainitulla antimateriaalilla on taipumus ryhmittyä toisiinsa, koska tällä alueella ei ole tarpeeksi tavallista ainetta tuhoamiseksi, ja joidenkin tutkijoiden mielestä tällaista voimavaraa voitaisiin käyttää antimaterian uuttamiseen.

1. Miksi antimateria on hyvä?

Antimateriaalilla ei ole vielä liian paljon käytännöllisiä käyttötarkoituksia ihmisten teollisuudessa korkeiden kustannusten ja vaativan tekniikan vuoksi, joka sisältää sen tuotannon ja käsittelyn. Tietyt sovellukset ovat kuitenkin jo todellisuutta.

Esimerkiksi tehdään positroniemisioonotomografia (PET)-tomografia, joka on viitannut siihen, että antiprotonien käyttö syövän hoidossa on mahdollista ja ehkä tehokkaampaa kuin nykyiset tekniikat protoneilla (sädehoito).

Antimaterian pääasiallinen käyttö olisi kuitenkin energialähde . Einsteinin yhtälöiden mukaan aineen ja antimaterian tuhoaminen vapauttaa niin paljon energiaa, että tuhoavan aineen / antimaterian kilo olisi kymmenen miljardia kertaa tuottavampi kuin mikä tahansa kemiallinen reaktio ja kymmenentuhatta kertaa enemmän kuin ydinfysiikka.

Jos näitä reaktioita hallitaan ja hyödynnetään, kaikkia toimialoja ja jopa liikennettä muutetaan. Esimerkiksi, kymmenellä milligrammalla antimateriaa, avaruusaluksen voitaisiin ajaa Marsiin.

Jatka: aineen alkuperä