- Vad är antimateria?
- Upptäckten av antimateria
- Antimateria egenskaper
- Var finns antimateria?
- Vad är antimateria till för?
Vi förklarar vad antimateria är, hur den upptäcktes, dess egenskaper, skillnader med materia och var den finns.
Vad är antimateria?
I partikelfysik är antimateria den typ av materia som består avantipartiklar, istället förpartiklar vanlig. Det är en mindre frekvent typ av materia.
Antimateria är mycket lik vanlig materia, den enda skillnaden är i elektrisk laddning av partiklarna och i vissa kvantantal. Alltså en antielektron, även kalladpositron, Det är elektronens antipartikel, som har samma egenskaper förutom laddningen som är positiv. Antineutroner, å andra sidan, är neutrala (som neutroner) men deras magnetiska moment är motsatta. Slutligen skiljer sig antiprotoner från protoner genom att de är negativt laddade.
Genom att interagera utplånar antimateria och materia varandra efter några ögonblick, och frigör enorma mängderEnergi i form av högenergifotoner (gammastrålar) och andra elementarpartikel-antipartikelpar.
I studier avfysisk En skillnad görs mellan partiklar och antipartiklar med hjälp av en horisontell stapel (makro) över symbolerna som motsvararproton (p),elektron (e) ochneutron (n).
Atomer som består av antipartiklar finns inte naturligt i natur eftersom de skulle förintas med vanlig materia. Endast en mycket liten mängd har framgångsrikt skapats i experiment som syftar till att bilda antiatomer.
Upptäckten av antimateria
Förekomsten av antimateria teoretiserades 1928 av den engelske fysikern Paul Dirac (1902-1984) när han satte sig för att formulera en matematisk ekvation som kombinerar principerna för relativitet Albert Einstein och kvantfysik av Niels Bohr.
Detta mödosamma teoretiska arbete löstes framgångsrikt och därifrån drog man slutsatsen att det måste finnas en partikel analog med elektronen men med en positiv elektrisk laddning. Denna första antipartikel kallades antielektron och det är känt idag att dess möte med en vanlig elektron leder till ömsesidig förintelse och generering av fotoner (gammastrålar).
Därför var det möjligt att tänka på förekomsten av antiprotoner och antineutroner. Diracs teori bekräftades 1932, när positroner upptäcktes i samspelet mellan kosmiska strålar och vanlig materia.
Sedan dess har den ömsesidiga förintelsen av en elektron och en antielektron observerats. Deras möte utgör ett system som kallas positronium, halveringstid som aldrig överstiger 10-10 eller 10-7 sekunder.
Därefter, i Berkeley-partikelacceleratorn (Kalifornien, 1955) var det möjligt att producera antiprotoner och antineutroner genom högenergetiska atomkollisioner, enligt Einsteins formel för E = m.c2 (energi är lika med massa förbi ljusets hastighet kvadrat).
På samma sätt erhölls 1995 den första antiatomen tack vare den europeiska organisationen för kärnforskning (CERN). Dessa europeiska fysiker lyckades skapa en antimateriaväte- eller antiväteatom, uppbyggd av en positron som kretsar kring en antiproton.
Antimateria egenskaper
Ny forskning om antimateria tyder på att den är lika stabil som vanlig materia. Dess elektromagnetiska egenskaper är dock omvända mot materiens.
Det var inte lätt att studera det på djupet, med tanke på de enorma monetära kostnaderna för dess produktion i ett laboratorium (cirka 62 500 miljoner USD per skapat milligram) och dess mycket korta varaktighet.
Det mest framgångsrika fallet med att skapa antimateria i laboratoriet varade i cirka 16 minuter. Trots det har dessa senaste erfarenheter lett till intuitionen att materia och antimateria kanske inte har exakt samma egenskaper.
Var finns antimateria?
Detta är ett av antimaterias mysterier, som det finns många möjliga förklaringar till. De flesta av teorierna om ursprunget till universum acceptera att de fanns i början proportioner liknande materia och antimateria.
Men för närvarande verkar det observerbara universum enbart bestå av vanlig materia. Möjliga förklaringar till denna förändring pekar på växelverkan mellan materia och antimateria med mörk materia, eller till en initial asymmetri mellan mängden materia och antimateria som produceras under big bang.
Vad vi vet är att naturliga antipartikelproduktioner äger rum i Van Allen-ringarna på vår planet. Dessa ringar ligger cirka två tusen kilometer från ytan och reagerar på detta sätt när gammastrålar träffar atmosfär Exteriör.
Denna antimateria tenderar att klumpa ihop sig, eftersom det inte finns tillräckligt med vanlig materia i den regionen för att förinta sig själv, och vissa forskare tror att denna resurs kan användas för att "extrahera" antimateria.
Vad är antimateria till för?
Antimateria har ännu inte många praktiska användningsområden i mänskliga industrier, på grund av dess mycket höga kostar och det krävande teknologi vilket innebär dess produktion och hantering. Vissa tillämpningar är dock redan verklighet.
Till exempel görs positronemissionstomografi (PET), vilket har antytt att användningen av antiprotoner vid cancerbehandling är möjlig och kanske effektivare än nuvarande protontekniker (radioterapier).
Den huvudsakliga tillämpningen av antimateria är dock som en källa till Energi. Enligt Einsteins ekvationer frigör förintelsen av materia och antimateria så mycket energi att ett kilo materia/antimateria som förintar skulle vara tio miljarder gånger mer produktivt än någon annan kemisk reaktion och tio tusen gånger mer än kärnklyvning.
Om dessa reaktioner kan kontrolleras och utnyttjas kommer alla industrier och även transporter att förändras. Till exempel skulle tio milligram antimateria kunna driva en rymdfarkost upp till Mars.