Antimadde nedir?
Evrenin Nesneleri - galaksiler, yıldızlar, kuasarlar, gezegenler, süpernovalar, hayvanlar ve insanlar
Bugüne kadar mevcut verilere göre, hayırantigalaksiler, yıldız karşıtılar veya diğer büyük antimadde nesneleri vardır. Ve bu çok garip: Big Bang teorisine göre, Evrenimizin doğduğu anda aynı miktarda madde ve antimadde ortaya çıktı ve ikincisinin nereye gittiği net değil. Şu anda, bu fenomenin iki açıklaması var: ya antimadde patlamadan hemen sonra kayboldu ya da evrenin bazı uzak bölgelerinde var ve biz henüz onu keşfetmedik. Bu asimetri, modern fizikteki en önemli çözülmemiş sorunlardan biridir.
Antimadde - antiparçacıklardan oluşan madde -Aynı dönme ve kütleye sahip, ancak diğer tüm etkileşim özelliklerinin işaretleri bakımından birbirinden farklı olan birkaç temel parçacığın "ayna yansımaları": elektrik ve renk yükü, baryon ve lepton kuantum sayıları. Bazı parçacıklar, örneğin bir foton, antiparçacıklara sahip değildir veya aynı şey, kendileriyle ilişkili olarak antiparçacıklardır.
Bugün antiparçacıkların tepki gösterdiğine inanılıyor.Maddenin yapısını belirleyen temel kuvvetler (güçlü etkileşim, çekirdek oluşturan ve elektromanyetik, atomları ve molekülleri oluşturan) tamamen aynıdır, bu nedenle antimaddenin yapısı "normal" maddenin yapısıyla aynı olmalıdır.
"Anti" öneki ne anlama geliyor?
Bu ön eki genelliklezıt fenomeni belirtin. Antimadde gelince - zıt yük, manyetik moment ve diğer bazı özelliklere sahip temel parçacıkların analoglarını içerir. Elbette bir parçacığın tüm özellikleri tersine çevrilemez. Örneğin, kütle ve ömür her zaman pozitif kalmalı, onlara odaklanmalı, parçacıklar bir kategoriye atfedilebilir (örneğin, protonlar veya nötronlar).
Bir proton ve bir antiproton karşılaştırırsak, o zaman bazılarıözellikleri aynıdır: her ikisinin de kütlesi 938.2719 (98) megaelectronvolt, spin ½ 'dir. Ancak protonun elektrik yükü 1'dir ve antiproton eksi 1'e sahiptir, baryon sayısı (üç kuarktan oluşan güçlü etkileşimli parçacıkların sayısını belirler) sırasıyla 1 ve eksi 1'dir.
Higgs bozonu ve foton gibi bazı parçacıkların antianalogları yoktur ve gerçek nötrler olarak adlandırılırlar.
Çoğu antipartikül parçacıklarla birlikte“çift doğum” adı verilen bir süreçte ortaya çıkar. Böyle bir çiftin oluşması için yüksek enerji, yani muazzam hız gerekir. Doğada, kozmik ışınlar büyük yıldızların içinde, pulsarların yakınında ve aktif galaktik çekirdeklerde Dünya atmosferiyle çarpıştığında antipartiküller ortaya çıkar. Bilim insanları bunun için hızlandırıcı çarpıştırıcıları da kullanıyor.
Antimadde nerede "çıkarılır" ve saklanır?
Antimadde Büyük Hadron'da çıkarılıyorÇarpıştırıcı, bir proton ışınının metal bir hedefle çarpışmasının ardından antiproton bulutlarını topluyor ve uçan parçacıkları sonraki deneylerde kullanılabilmeleri için dikkatlice yavaşlatıyor.
Yazar: Maximilien Brice, CERN — CERN Doküman Sunucusu, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29068932
Pozitronlar gibi yüklü antimadde parçacıklarıve antiprotonlar sözde Penning tuzaklarında saklanabilir. Küçük parçacık hızlandırıcıları gibidirler. İçlerinde parçacıklar spiral şeklinde hareket ederken manyetik ve elektrik alanlar tuzağın duvarlarıyla çarpışmalarını engeller.
Ancak Penning'in tuzakları,antihidrojen gibi nötr parçacıklar. Yüksüz oldukları için bu parçacıklar elektrik alanlarıyla sınırlanamazlar. Manyetik alanın her yönden büyüdüğü bir uzay alanı yaratarak çalışan Ioffe'nin tuzaklarına hapsolmuşlardır. Antimadde parçacıkları, manyetik alanın en zayıf olduğu bölgede sıkışıp kalıyor.
Dünyanın manyetik alanı, antimadde için tuzak görevi görebilir. Antiprotonlar Dünya'nın etrafındaki belirli bölgelerde bulundu - Van Allen radyasyon kuşakları.
Antimadde elde etmek neden bu kadar zor?
Bu gizemli çalışmanın,maddenin kaydedilmesi çok daha zordur. Doğada henüz kararlı durumdaki antiparçacıklara rastlanmamıştır. Sorun, madde ve antimaddenin "temas" üzerine yok olması (karşılıklı olarak birbirini yok etmesi). Antimaddeyi laboratuvarlarda elde etmek oldukça mümkün, ancak onu kontrol altında tutmak oldukça zor. Şimdiye kadar bilim insanları bunu yalnızca birkaç dakika içinde yapabildiler.
Antimadde depolama sorunu gerçek bir baş ağrısıdırfizikçiler için acı, çünkü antiprotonlar ve pozitronlar, sıradan maddenin herhangi bir parçacığı ile karşılaştıklarında anında yok olurlar. Onları korumak için bilim adamlarının bir felaketi önleyebilecek kurnaz cihazlar bulması gerekiyordu. Yüklü antiparçacıklar, minyatür bir hızlandırıcıya benzeyen sözde Penning tuzağında saklanır. Güçlü manyetik ve elektrik alanı, pozitronların ve antiprotonların cihazın duvarlarına çarpmasını önler. Ancak böyle bir cihaz, antihidrojen atomu gibi nötr nesnelerle çalışmaz. Bu durum için Ioffe tuzağı geliştirildi. İçerisindeki anti atomların tutulması, manyetik alan nedeniyle oluşur.
Antimadde ne yapabilir?
Sadece bir avuç antimadde üretebilirbüyük miktarda enerji. Bu, onu fütüristik bilim kurgu araçları için popüler bir yakıt haline getirir. Genel olarak, bir antimadde roket motoru varsayımsal olarak mümkündür; ana sınırlama, onu kullanmak için yeterli antimaddenin birikmesidir.
Bu arada 1 miligram antimaddenin enerjisi Mars'a uçmak için yeterli.
Şu anda için kullanılabilir teknoloji yokbu uygulama için gereken ölçüde antimaddenin seri üretimi veya toplanması. Bununla birlikte, az sayıda bilim insanı hareket ve depolama simülasyonu üzerine araştırma yaptı. Bunlar arasında sırasıyla Western Reserve Akademisi ve Kent Eyalet Üniversitesi'nde çalışan Ronan Keen ve Wei-Ming Zhang ile Washington Eyalet Üniversitesi'nde Mark Weber ve meslektaşları yer alıyor. Bir gün, büyük miktarlarda antimadde yaratmanın veya toplamanın bir yolunu bulabilirsek, araştırmaları, antimadde kullanarak yıldızlararası seyahatin gerçeğe dönüşmesine yardımcı olabilir.
Neden hala bu enerji kaynağını kullanmıyoruz?
Antimadde ve maddenin yok edilmesibüyük miktarda enerji açığa çıkarın. Bir gram antimadde, nükleer bomba büyüklüğünde bir patlamaya neden olabilir. Bununla birlikte, insanlar çok az antimadde üretmiştir.
Antimadde üretiminin verimsizliği çok büyük.Karşımadde elde etmenin maliyetini hesaba katarsak, yatırdığınız enerjinin yalnızca onda birini (10-10) geri alabilirsiniz. Bilim adamları şimdiye kadar CERN'de ürettiğimiz tüm antimaddeyi toplayıp maddeyle yok edebilselerdi, o zaman sadece bir ampulü birkaç dakikalığına yakmaya yetecek kadar enerji olurdu.
Parçacık hızlandırıcıda oluşturulan tüm antiprotonlarFermilab'daki Tevatron sadece 15 nanogramdır. CERN'de üretilenler yaklaşık 1 nanogramdır. Almanya'da DESY bugüne kadar yaklaşık 2 nanogram pozitron üretti.
İnsanların ürettiği tüm antimadde bir anda yok edilmiş olsaydı, üretilen enerji bir fincan çayı kaynatmak için bile yeterli olmayacaktı.
Sorun verimlilik ve maliyettirantimadde üretimi ve depolanması. 1 gram antimadde üretimi, yaklaşık 25 milyon milyar kilovat-saat enerji ve bir milyon milyar dolardan fazla enerji gerektirecektir.
Daha fazla oku
Yaratıcılık helikopteri Mars'ta başarılı bir şekilde havalandı
Dünyanın ilk doğru haritası oluşturuldu. Herkesin nesi var?
NASA, Mars'ın örneklerini Dünya'ya nasıl teslim edeceklerini anlattı
Spin, kuantum doğasına sahip olan ve bir bütün olarak parçacığın hareketiyle ilişkili olmayan temel parçacıkların uygun açısal momentumudur.