- Co to jest antymateria?
- Odkrycie antymaterii
- Właściwości antymaterii
- Gdzie znajduje się antymateria?
- Do czego służy antymateria?
Wyjaśniamy, czym jest antymateria, jak została odkryta, jej właściwości, różnice z materią i gdzie się znajduje.
Co to jest antymateria?
W fizyce cząstek elementarnych antymateria to rodzaj materii składającej się zantycząstki, zamiastcząstki zwyczajny. Jest to rzadszy typ materiał.
Antymateria jest bardzo podobna do zwykłej materii, jedyna różnica polega na ładunek elektryczny cząstek iw niektórych liczbach kwantowych. Tak więc antyelektron, zwany takżepozyton, Jest to antycząstka elektronu, która ma te same właściwości, z wyjątkiem ładunku, który jest dodatni. Z drugiej strony antyneutrony są neutralne (jak neutrony), ale ich momenty magnetyczne są przeciwne. Wreszcie antyprotony różnią się od protonów tym, że są naładowane ujemnie.
Wchodząc w interakcje, antymateria i materia anihilują się nawzajem po kilku chwilach, uwalniając ogromne ilościEnergia w postaci fotonów o wysokiej energii (promieni gamma) i innych par elementarnych cząstka-antycząstka.
W badaniachfizyczny Rozróżnia się cząstki i antycząstki za pomocą poziomego paska (makro) nad symbolami odpowiadającymiproton (P),elektron (e) ineutron (n).
Atomy zbudowane z antycząstek nie występują naturalnie w Natura ponieważ zostałyby unicestwione zwykłą materią. Tylko bardzo niewielka ilość została pomyślnie stworzona w eksperymentach mających na celu tworzenie antyatomów.
Odkrycie antymaterii
Istnienie antymaterii wysnuł teorię w 1928 r. przez angielskiego fizyka Paula Diraca (1902-1984), gdy postanowił sformułować równanie matematyczne łączące zasady względność Albert Einstein i Fizyka kwantowa przez Nielsa Bohra.
Ta żmudna praca teoretyczna została pomyślnie rozwiązana i wyciągnięto z niej wniosek, że musi istnieć cząstka analogiczna do elektronu, ale z dodatnim ładunkiem elektrycznym. Ta pierwsza antycząstka została nazwana antyelektronem i dziś wiadomo, że jej spotkanie ze zwykłym elektronem prowadzi do wzajemnej anihilacji i generowania fotonów (promieni gamma).
Dlatego można było pomyśleć o istnieniu antyprotonów i antyneutronów. Teoria Diraca została potwierdzona w 1932 roku, kiedy w interakcji między promieniami kosmicznymi a zwykłą materią odkryto pozytony.
Od tego czasu zaobserwowano wzajemną anihilację elektronu i antyelektronu. Ich spotkanie tworzy system znany jako pozyton, okres półtrwania nigdy nie przekraczający 10-10 lub 10-7 sekund.
Następnie w akceleratorze cząstek Berkeley (Kalifornia, 1955) możliwe było wytwarzanie antyprotonów i antyneutronów poprzez zderzenia atomów o wysokiej energii, zgodnie ze wzorem Einsteina: E = m.c2 (energia równa się masa za pomocą prędkość światła do kwadratu).
Podobnie w 1995 roku pierwszy antyatom uzyskano dzięki Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). Ci europejscy fizycy zdołali stworzyć atom wodoru antymaterii lub antywodór, składający się z pozytonu krążącego wokół antyprotonu.
Właściwości antymaterii
Ostatnie badania nad antymaterią sugerują, że jest ona równie stabilna jak zwykła materia. Jednak jego właściwości elektromagnetyczne są odwrotne do właściwości materii.
Nie było łatwo go dogłębnie zbadać, biorąc pod uwagę ogromne koszty finansowe związane z jego produkcją w laboratorium (około 62 500 milionów dolarów za wyprodukowany miligram) i bardzo krótki czas trwania.
Najbardziej udany przypadek powstania antymaterii w laboratorium trwał około 16 minut. Mimo to te ostatnie doświadczenia doprowadziły do intuicji, że materia i antymateria mogą nie mieć dokładnie tych samych właściwości.
Gdzie znajduje się antymateria?
To jedna z tajemnic antymaterii, dla której istnieje wiele możliwych wyjaśnień. Większość teorii dotyczących pochodzenia wszechświat zaakceptować, że na początku istniały proporcje jak materia i antymateria.
Jednak obecnie obserwowalny wszechświat wydaje się składać wyłącznie ze zwykłej materii. Możliwe wyjaśnienia tej zmiany wskazują na interakcje materii i antymaterii z Ciemna materia, lub do początkowej asymetrii między ilością materii i antymaterii wytworzonej podczas Wielki Wybuch.
Wiemy, że naturalne produkcje antycząstek mają miejsce w pierścieniach Van Allena naszej planety. Pierścienie te znajdują się około dwóch tysięcy kilometrów od powierzchni i reagują w ten sposób, gdy promienie gamma uderzają w atmosfera Zewnętrzny.
Ta antymateria ma tendencję do zbijania się w grudki, ponieważ w tym regionie nie ma wystarczającej ilości zwykłej materii, aby się unicestwić, a niektórzy naukowcy uważają, że ten zasób można wykorzystać do „wydobycia” antymaterii.
Do czego służy antymateria?
Antymateria nie ma jeszcze wielu praktycznych zastosowań w przemyśle ludzkim, ze względu na jej bardzo wysoki poziom koszty i wymagający technologia oznacza to jego produkcję i obsługę. Jednak niektóre aplikacje są już rzeczywistością.
Na przykład wykonuje się skany pozytonowej tomografii emisyjnej (PET), co sugeruje, że zastosowanie antyprotonów w leczeniu raka jest możliwe i być może bardziej skuteczne niż obecne techniki protonowe (radioterapia).
Jednak głównym zastosowaniem antymaterii jest jako źródło Energia. Zgodnie z równaniami Einsteina anihilacja materii i antymaterii uwalnia tak dużo energii, że anihilacja materii/antymaterii byłaby dziesięć miliardów razy bardziej produktywna niż jakikolwiek inny Reakcja chemiczna i dziesięć tysięcy razy więcej niż rozszczepienie jądrowe.
Jeśli te reakcje będą mogły być kontrolowane i wykorzystywane, zmienią się wszystkie branże, a nawet transport. Na przykład dziesięć miligramów antymaterii może napędzać statek kosmiczny do Mars.