Kunnen deeltjes ongedeerd en niet vernietigd door interstellair stof en straling door het sterrenstelsel reizen?
Wat is antimaterie?
Antimaterie is hetzelfde als gewoon (baryonisch)behalve dat het de tegenovergestelde elektrische lading heeft. Een elektron met een negatieve lading heeft bijvoorbeeld een antimaterie "partner" die bekend staat als een positron. Een positron is een deeltje met dezelfde massa als een elektron, maar met een positieve lading. Deeltjes zonder elektrische lading, zoals neutronen, zijn vaak "zelfpartners" van antimaterie.
Wetenschappers hebben al antimateriedeeltjes gemaakt met behulp vanultrahoge botssnelheden bij de LHC. In verschillende experimenten bij CERN hebben wetenschappers antiwaterstof gecreëerd, een "partner" van waterstof. Het meest complexe element van antimaterie dat tot nu toe is verkregen, is antihelium, een analoog van helium.
Het idee van een kunstenaar over antimaterie. Foto: CERN
Hoewel dit misschien klinkt als iets uit een wetenschappelijkefictie, antimaterie is echt. Antimaterie verscheen met materie na de oerknal. Maar het is zeldzaam in het moderne universum en wetenschappers weten niet waarom.
Hoe kunnen antimateriedeeltjes de melkweg doorkruisen?
In het universum is antimaterieeen ongrijpbare en onvoorspelbare kracht: het vernietigt wanneer het gewone materie ontmoet, waardoor een kosmische hindernisbaan van vernietiging ontstaat. Maar in een recent baanbrekend experiment bij Particle Collider-faciliteiten realiseerden wetenschappers zich dat sommige antinuclei interstellaire reizen konden overleven zonder dood te gaan.
Aangenomen wordt dat ze hierdoor worden gevormdbotsingen tussen hoogenergetische kosmische stralen en atomen die in de ruimte "zweven", evenals in de botsing van donkere materiedeeltjes (eerder vertelde Hi-Tech in detail wat het is).
Als deze kleine fragmenten kunnen overlevendergelijke buitengewone reizen zullen wetenschappers helpen de aard te begrijpen van deze mysterieuze substantie die het grootste deel van ons melkwegstelsel vormt: donkere materie.
Hoe was het experiment?
Wetenschappers gebruikten gegevens van de Large Hadroncollider om erachter te komen of in de ruimte gegenereerde antinuclei detectoren in de buurt van de aarde veilig en wel kunnen bereiken. Om de theorie te testen, voerden natuurkundigen een experiment uit in het CERN-laboratorium in Zwitserland. De onderzoekers probeerden iets schijnbaar onmogelijks te meten: de gevolgen van de vernietiging van antiheliumkernen.
Onderdeel van het BASE-experiment op CERN, waar antimaterie wordt geproduceerd en opgeslagen in het laboratorium. Foto: CERN
Met behulp van de ALICE-detector gaan ze voorzichtig te werkberekende de botsingen van hoogenergetische protonen met atomen, die een gelijk aantal helium- en antiheliumkernen hadden moeten produceren. Door te raden hoeveel antinuclei er zijn vernietigd op materialen die zijn samengesteld uit bepaalde detectoren - staal, koolstof, enzovoort - hebben de wetenschappers precies vastgesteld wat er gebeurt als deze deeltjes in contact komen met gewone materie.
De bevindingen zullen helpen bij het beantwoorden van al lang bestaande vragen over de aard van antimaterie en haar rol in het universum.
Wat ontdekten de wetenschappers?
Computersimulatie toonde dat aanDe "kans op verdwijning" van antimateriedeeltjes is verrassend klein. Ze ontdekten dat zelfs na het reizen van grote afstanden door de interstellaire ruimte, tot 50% van de antinuclei die door donkere materie zijn gecreëerd, intact zou blijven als ze de aarde naderden.
Natuurkundigen ontdekten ook dat er antikernen ontstondenkosmische straling heeft hogere energieën dan die van donkere materie. Alleen hoogenergetische antikernen zouden immers in grote hoeveelheden de aarde kunnen bereiken. Een ander onderzoek toonde aan hoe standaarddetectoren donkere materie kunnen detecteren met indrukwekkende signaal-ruisverhoudingen als deze wordt geproduceerd door astrofysische bronnen.
Waarom is dit belangrijk?
Volgens natuurkundigen over de hele wereld, begripde mysterieuze oorsprong van donkere materie is een topprioriteit van de moderne wetenschap. Ook zeiden de auteurs van de nieuwe studie dat een diepere studie van de vorming van antinuclei van onschatbare waarde kan zijn voor een beter begrip en daaropvolgende definitie van theorieën over donkere materie zelf.
Nieuwe experimenten worden al grensverleggend genoemdonderzoek dat helpt bij het beantwoorden van een van de belangrijkste vragen in de moderne wetenschap: bestaan er antimateriedeeltjes? Meer recentelijk heeft een detector, bekend als de Alpha Magnetic Spectrometer, aan boord van het internationale ruimtestation ISS al potentiële antinucleaire handtekeningen gedetecteerd. Het antwoord is dus binnen handbereik.
Lees verder:
Bestaat wetenschap in extreme omstandigheden? We antwoorden in cijfers
Wetenschappers hebben ontdekt wie profiteerde van de dood van dinosaurussen
Kijk naar de foto van de aarde vanuit de ruimte: die is gemaakt door de eerste privémodule
Omslagfoto: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium