Wat is antimaterie?
Objecten in het heelal - sterrenstelsels, sterren, quasars, planeten, supernova's, dieren en mensen
Op basis van de tot op heden beschikbare gegevens, nrer zijn antigalaxies, anti-sterren of andere grote antimaterie-objecten. En dit is heel vreemd: volgens de oerknaltheorie verscheen op het moment van de geboorte van ons universum dezelfde hoeveelheid materie en antimaterie, en waar dat laatste naartoe ging, is niet duidelijk. Momenteel zijn er twee verklaringen voor dit fenomeen: of antimaterie verdween onmiddellijk na de explosie, of het bestaat in sommige verre delen van het universum en we hebben het eenvoudigweg nog niet ontdekt. Deze asymmetrie is een van de belangrijkste onopgeloste problemen in de moderne natuurkunde.
Antimaterie - materie die bestaat uit antideeltjes -"Spiegelreflecties" van een aantal elementaire deeltjes die dezelfde spin en massa hebben, maar van elkaar verschillen in tekenen van alle andere kenmerken van interactie: elektrische en kleurlading, baryon- en lepton-kwantumgetallen. Sommige deeltjes, bijvoorbeeld een foton, hebben geen antideeltjes of, wat hetzelfde is, zijn antideeltjes in relatie tot zichzelf.
Tegenwoordig wordt aangenomen dat antideeltjes reageren opde fundamentele krachten die de structuur van materie bepalen (sterke interactie, kernen vormen, en elektromagnetisch, atomen en moleculen vormen), zijn precies hetzelfde, daarom moet de structuur van antimaterie dezelfde zijn als de structuur van "normale" materie.
En wat betekent het voorvoegsel "anti"?
We gebruiken dit voorvoegsel meestal voorhet tegenovergestelde fenomeen aanduiden. Wat betreft antimaterie - het omvat analogen van elementaire deeltjes met een tegengestelde lading, magnetisch moment en enkele andere kenmerken. Natuurlijk kunnen alle eigenschappen van een deeltje niet worden teruggedraaid. Massa en levensduur moeten bijvoorbeeld altijd positief blijven, erop gericht, deeltjes kunnen worden toegeschreven aan één categorie (bijvoorbeeld protonen of neutronen).
Als we een proton en een antiproton vergelijken, dan zijn er wathun kenmerken zijn hetzelfde: de massa van beide is 938,2719 (98) mega-elektronvolt, spin ½. Maar de elektrische lading van het proton is 1, en het antiproton heeft min 1, het baryongetal (dat het aantal sterk op elkaar inwerkende deeltjes bestaande uit drie quarks bepaalt) is respectievelijk 1 en min 1.
Sommige deeltjes, zoals het Higgs-deeltje en het foton, hebben geen analogen en worden echte neutralen genoemd.
De meeste antideeltjes, samen met deeltjes, verschijnen in een proces dat 'dampproductie' wordt genoemd, dat hoge energie of enorme snelheid vereist om zo'n paar te vormen.In de natuur ontstaan antideeltjes wanneer kosmische straling botst met de atmosfeer van de aarde, in massieve sterren, in de buurt van pulsars en actieve galactische kernen .Wetenschappers gebruiken hiervoor colliders-accelerators.
Waar wordt antimaterie "gedolven" en opgeslagen?
Antimaterie wordt gedolven bij de Large Hadron Collider door wolken antiprotonen te verzamelen nadat een protonenbundel in botsing komt met een metalen doelwit en de vliegende deeltjes zachtjes vertraagt, zodat ze in volgende experimenten kunnen worden gebruikt.
Auteur: Maximilien Brice, CERN — CERN Document Server, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29068932
Opgeladen antimaterie-deeltjes zoals positronenen antiprotonen kunnen worden opgeslagen in zogenaamde Penningvallen. Ze zijn als kleine deeltjesversnellers. Binnenin bewegen deeltjes in een spiraal, terwijl magnetische en elektrische velden voorkomen dat ze in botsing komen met de wanden van de val.
De vallen van Penning werken echter nietneutrale deeltjes zoals anti-waterstof. Omdat ze geen lading hebben, kunnen deze deeltjes niet worden beperkt tot elektrische velden. Ze zitten vast in de vallen van Ioffe, die werken door een gebied in de ruimte te creëren waar het magnetische veld in alle richtingen groter wordt. Deeltjes antimaterie komen vast te zitten in het gebied met het zwakste magnetische veld.
Het magnetisch veld van de aarde kan dienen als vallen voor antimaterie. Antiprotonen werden gevonden in bepaalde zones rond de aarde - de Van Allen-stralingsgordels.
Waarom is antimaterie zo moeilijk te krijgen?
Het werd ook duidelijk dat het bestuderen van deze mysterieuze stof veel moeilijker was dan het registreren ervan.Het probleem is dat materie en antimaterie vernietigen wanneer ze elkaar "raken"In laboratoria is het heel goed mogelijk om antimaterie te produceren, hoewel het vrij moeilijk vast te houden is.Tot nu toe zijn wetenschappers er alleen in geslaagd om dit in een paar minuten te doen .
Het probleem van de opslag van antimaterie is een echte hoofdpijnpijn voor natuurkundigen, omdat antiprotonen en positronen onmiddellijk vernietigen wanneer ze met deeltjes van gewone materie worden geconfronteerd. Om ze te behouden, moesten wetenschappers sluwe apparaten bedenken die een catastrofe konden voorkomen. De geladen antideeltjes worden opgeslagen in de zogenaamde Penning-trap, die lijkt op een miniatuurversneller. Het krachtige magnetische en elektrische veld voorkomt dat positronen en antiprotonen in botsing komen met de wanden van het apparaat. Een dergelijk apparaat werkt echter niet met neutrale objecten zoals het anti-waterstofatoom. Voor dit geval is de Ioffe trap ontwikkeld. Het vasthouden van antiatomen daarin vindt plaats vanwege het magnetische veld.
Waartoe is antimaterie in staat?
Slechts een handvol antimaterie kan producereneen enorme hoeveelheid energie. Dit maakt het een populaire brandstof voor futuristische sciencefiction-voertuigen. Over het algemeen is een antimaterie-raketmotor hypothetisch mogelijk; de belangrijkste beperking is de opeenhoping van voldoende antimaterie om het te gebruiken.
Overigens is de energie van 1 milligram antimaterie genoeg voor een vlucht naar Mars.
Er zijn momenteel geen technologieën voor beschikbaarmassaproductie of verzameling van antimaterie in de mate die nodig is voor deze toepassing. Een klein aantal wetenschappers heeft echter onderzoek gedaan naar bewegings- en opslagsimulatie. Deze omvatten Ronan Keen en Wei-Ming Zhang, die respectievelijk aan Western Reserve Academy en Kent State University werkten, evenals Mark Weber en zijn collega's aan de Washington State University. Als we op een dag een manier kunnen vinden om grote hoeveelheden antimaterie te maken of te verzamelen, zou hun onderzoek kunnen helpen om interstellaire reizen met antimaterie een realiteit te maken.
Waarom gebruiken we deze energiebron nog steeds niet?
De vernietiging van antimaterie en materie kanlaat een enorme hoeveelheid energie vrij. Een gram antimaterie kan een explosie ter grootte van een atoombom veroorzaken. Mensen hebben echter heel weinig antimaterie geproduceerd.
De inefficiëntie van de productie van antimaterie is enorm.Rekening houdend met de kosten voor het verkrijgen van antimaterie, kunt u slechts een tiende van een miljard (10-10) van de geïnvesteerde energie terugkrijgen. Als wetenschappers alle antimaterie die we ooit bij CERN hebben geproduceerd zouden kunnen verzamelen en het met materie zouden kunnen vernietigen, dan zou er maar genoeg energie zijn om één gloeilamp een paar minuten te laten branden.
Alle antiprotonen ontstaan in een deeltjesversnellerDe Tevatron bij Fermilab is slechts 15 nanogram. Die geproduceerd op CERN zijn ongeveer 1 nanogram. Tot op heden heeft DESY in Duitsland ongeveer 2 nanogram positronen geproduceerd.
Als alle antimaterie die ooit door mensen is geproduceerd in één keer zou worden vernietigd, zou de geproduceerde energie niet eens genoeg zijn om een kopje thee te koken.
Het probleem is efficiëntie en kostenproductie en opslag van antimaterie. Voor de productie van 1 gram antimaterie is ongeveer 25 miljoen miljard kilowattuur energie nodig en meer dan een miljoen miljard dollar.
Lees verder
Vindingrijkheidshelikopter stijgt met succes op op Mars
De eerste nauwkeurige kaart van de wereld is gemaakt. Wat is er mis met de rest?
NASA vertelde hoe ze monsters van Mars naar de aarde zullen brengen
Spin is het juiste impulsmoment van elementaire deeltjes, dat een kwantumkarakter heeft en niet wordt geassocieerd met de beweging van het deeltje als geheel.