- Mikä on antimateria?
- Antiaineen löytö
- Antimateriaalin ominaisuudet
- Mistä antimateriaa löytyy?
- Mihin antimateriaa käytetään?
Selitämme mitä antiaine on, miten se löydettiin, sen ominaisuuksia, eroja aineen kanssa ja mistä se löytyy.
Mikä on antimateria?
Hiukkasfysiikassa antiaine on ainetyyppi, josta muodostuuantihiukkasia, sijaanhiukkasia tavallinen. Se on harvinaisempi tyyppi asia.
Antimateria on hyvin samanlainen kuin tavallinen aine, ainoa ero on sähkövaraus hiukkasista ja joissakin kvanttiluvuissa. Siten antielektroni, jota kutsutaan myöspositroni, Se on elektronin antihiukkanen, jolla on samat ominaisuudet paitsi varaus, joka on positiivinen. Antineutronit sen sijaan ovat neutraaleja (kuten neutronit), mutta niiden magneettiset momentit ovat vastakkaisia. Lopuksi antiprotonit eroavat protoneista siinä, että ne ovat negatiivisesti varautuneita.
Vuorovaikutuksessa antimateria ja aine tuhoavat toisensa muutaman hetken kuluttua vapauttaen valtavia määriäEnergiaa korkeaenergisten fotonien (gammasäteiden) ja muiden alkuainehiukkas-antihiukkas-parien muodossa.
Tutkimuksissafyysistä Hiukkaset ja antihiukkaset erotetaan toisistaan käyttämällä vaakapalkkia (makroa) symboleja vastaavien symbolien päällä.protoni (p),elektroni (e) janeutroni (n).
Antihiukkasista koostuvia atomeja ei esiinny luonnossa luonto koska ne tuhottaisiin tavallisella aineella. Vain hyvin pieni määrä on onnistuneesti luotu kokeissa, joiden tarkoituksena on muodostaa antiatomeja.
Antiaineen löytö
Englantilainen fyysikko Paul Dirac (1902-1984) teoristi antiaineen olemassaolon vuonna 1928, kun hän päätti muodostaa matemaattisen yhtälön, jossa yhdistyvät suhteellisuusteoria Albert Einstein ja kvanttifysiikka Kirjailija: Niels Bohr
Tämä vaivalloinen teoreettinen työ ratkaistiin onnistuneesti ja sieltä päädyttiin siihen johtopäätökseen, että hiukkasessa piti olla analoginen elektronin kanssa, mutta jolla on positiivinen sähkövaraus. Tätä ensimmäistä antihiukkasta kutsuttiin antielektroniksi ja nykyään tiedetään, että sen kohtaaminen tavallisen elektronin kanssa johtaa molemminpuoliseen tuhoutumiseen ja fotonien (gammasäteiden) syntymiseen.
Siksi oli mahdollista ajatella antiprotonien ja antineutronien olemassaoloa. Diracin teoria vahvistettiin vuonna 1932, kun positronit löydettiin kosmisten säteiden ja tavallisen aineen vuorovaikutuksessa.
Siitä lähtien on havaittu elektronin ja antielektronin keskinäinen tuhoutuminen. Heidän tapaamisensa muodostaa järjestelmän, joka tunnetaan nimellä positronium, puoliintumisaika ei koskaan ylitä 10-10 tai 10-7 sekuntia.
Myöhemmin Berkeley-hiukkaskiihdyttimessä (Kalifornia, 1955) oli mahdollista tuottaa antiprotoneja ja antineutroneja suurienergisten atomitörmäysten kautta noudattaen Einsteinin kaavaa E = m.c2 (energia on yhtä suuri massa- kirjoittaja valonnopeus neliö).
Samoin vuonna 1995 ensimmäinen antiatomi saatiin Euroopan ydintutkimusjärjestön (CERN) ansiosta. Nämä eurooppalaiset fyysikot onnistuivat luomaan antimateriaalin vety- tai antivetyatomin, joka koostuu antiprotonia kiertävästä positronista.
Antimateriaalin ominaisuudet
Viimeaikaiset antimateriaa koskevat tutkimukset viittaavat siihen, että se on yhtä vakaa kuin tavallinen aine. Sen sähkömagneettiset ominaisuudet ovat kuitenkin käänteiset aineen ominaisuuksiin nähden.
Sen syvällinen tutkiminen ei ollut helppoa, kun otetaan huomioon sen valmistukseen laboratoriossa liittyvät valtavat rahalliset kustannukset (noin 62 500 miljoonaa dollaria luotua milligrammaa kohti) ja sen erittäin lyhyt kesto.
Menestynein tapaus antimateriaalin luomisesta laboratoriossa kesti noin 16 minuuttia. Silti nämä viimeaikaiset kokemukset ovat johtaneet intuitioon, että aineella ja antiaineella ei ehkä ole täsmälleen samoja ominaisuuksia.
Mistä antimateriaa löytyy?
Tämä on yksi antiaineen mysteereistä, jolle on monia mahdollisia selityksiä. Suurin osa teorioista alkuperästä universumi hyväksyä, että ne olivat alun perin olemassa mittasuhteet aineen ja antiaineen kaltaisia.
Tällä hetkellä havaittava maailmankaikkeus näyttää kuitenkin koostuvan yksinomaan tavallisesta aineesta. Mahdolliset selitykset tälle muutokselle viittaavat aineen ja antiaineen vuorovaikutukseen pimeä aine, tai alkuvaiheessa syntyneen aineen määrän ja antimateriaalin väliseen epäsymmetriaan alkuräjähdys.
Tiedämme, että luonnollisia hiukkasten vastaisia tuotantoja tapahtuu planeettamme Van Allenin renkaissa. Nämä renkaat sijaitsevat noin kahden tuhannen kilometrin päässä pinnasta ja reagoivat tällä tavalla, kun gammasäteet osuvat tunnelmaa Ulkopuoli.
Tällä antiaineella on taipumus kasautua yhteen, koska sillä alueella ei ole tarpeeksi tavallista ainetta tuhoutumaan itsekseen, ja jotkut tutkijat ajattelevat, että tätä resurssia voitaisiin käyttää antimateriaalin "uuttoon".
Mihin antimateriaa käytetään?
Antimaterialla ei vielä ole monia käytännön käyttöä ihmisten teollisuudessa sen erittäin korkean määrän vuoksi kustannuksia ja vaativa teknologiaa mikä tarkoittaa sen tuotantoa ja käsittelyä. Tietyt sovellukset ovat kuitenkin jo todellisuutta.
Tehdään esimerkiksi positroniemissiotomografia (PET), joka on osoittanut, että antiprotonien käyttö syövän hoidossa on mahdollista ja ehkä tehokkaampaa kuin nykyiset protonitekniikat (sädehoidot).
Antiaineen pääasiallinen käyttökohde on kuitenkin lähde Energiaa. Einsteinin yhtälöiden mukaan aineen ja antiaineen tuhoutuminen vapauttaa niin paljon energiaa, että kilo aine/antimateriaa tuhoaa olisi kymmenen miljardia kertaa tuottavampi kuin mikään muu. kemiallinen reaktio ja kymmenentuhatta kertaa enemmän kuin ydinfissio.
Jos näitä reaktioita voidaan hallita ja valjastaa, kaikki teollisuudenalat ja jopa liikenne muuttuvat. Esimerkiksi kymmenen milligrammaa antimateriaa voisi kuljettaa avaruusaluksen jopa Mars.