Antimaterie « Interessant over wetenschap. Wat is antimaterie? Antimaterie wordt gebruikt in de geneeskunde
ANTIMATTER, een stof bestaande uit atomen waarvan de kernen een negatieve elektrische lading hebben en omgeven zijn door positronen - elektronen met een positieve elektrische lading. In gewone materie, waaruit de wereld om ons heen is opgebouwd, zijn positief geladen kernen omgeven door negatief geladen elektronen. Gewone materie wordt, om het te onderscheiden van antimaterie, soms co-substantie genoemd (van het Grieks. koino's- normaal). In de Russische literatuur wordt deze term echter praktisch niet gebruikt. Benadrukt moet worden dat de term "antimaterie" niet helemaal correct is, aangezien antimaterie ook materie is, zijn soort. Antimaterie heeft dezelfde traagheidseigenschappen en creëert dezelfde aantrekkingskracht als gewone materie.
Over materie en antimaterie gesproken, het is logisch om te beginnen met elementaire (subatomaire) deeltjes. Elk elementair deeltje komt overeen met een antideeltje; beide hebben bijna dezelfde kenmerken, behalve dat ze de tegenovergestelde elektrische lading hebben. (Als het deeltje neutraal is, dan is het antideeltje ook neutraal, maar ze kunnen verschillen in andere kenmerken. In sommige gevallen zijn het deeltje en antideeltje identiek aan elkaar.) Een elektron - een negatief geladen deeltje - komt dus overeen met een positron, en het antideeltje van een proton met een positieve lading is een negatief geladen antiproton. Het positron werd ontdekt in 1932 en het antiproton in 1955; dit waren de eerste van de ontdekte antideeltjes. Het bestaan van antideeltjes werd in 1928 voorspeld op basis van de kwantummechanica door de Engelse natuurkundige P. Dirac.
Wanneer een elektron en een positron botsen, annihileren ze, d.w.z. beide deeltjes verdwijnen en twee gammaquanta worden uitgezonden vanaf het punt van hun botsing. Als de botsende deeltjes met een lage snelheid bewegen, dan is de energie van elke gammastraal 0,51 MeV. Deze energie is de "rustenergie" van het elektron, of zijn rustmassa uitgedrukt in eenheden van energie. Als de botsende deeltjes met hoge snelheid bewegen, zal de energie van gammastralen groter zijn vanwege hun kinetische energie. Annihilatie treedt ook op wanneer een proton botst met een antiproton, maar het proces is in dit geval veel gecompliceerder. Een aantal kortlevende deeltjes wordt geboren als tussenproducten van de interactie; na enkele microseconden blijven echter neutrino's, gammaquanta en een klein aantal elektron-positronparen over als de eindproducten van transformaties. Deze paren kunnen uiteindelijk vernietigen, waardoor extra gammastraling ontstaat. Annihilatie treedt ook op wanneer een antineutron botst met een neutron of proton.
Aangezien antideeltjes bestaan, rijst de vraag of uit antideeltjes antinuclei kunnen worden gevormd. De kernen van atomen van gewone materie bestaan uit protonen en neutronen. De eenvoudigste kern is de kern van de gewone waterstofisotoop 1H; het is een enkel proton. De deuteriumkern 2H bestaat uit één proton en één neutron; het heet een deuteron. Een ander voorbeeld van een eenvoudige kern is de 3 He-kern, die bestaat uit twee protonen en één neutron. Het antideuteron, bestaande uit een antiproton en een antineutron, werd in 1966 in het laboratorium verkregen; De anti-3He-kern, bestaande uit twee antiprotonen en één antineutron, werd voor het eerst verkregen in 1970.
Volgens de moderne elementaire deeltjesfysica zou het, met de beschikbaarheid van geschikte technische middelen, mogelijk zijn om de antinucleï van alle gewone kernen te verkrijgen. Als deze antinuclei omgeven zijn door het juiste aantal positronen, vormen ze anti-atomen. Anti-atomen zouden bijna exact dezelfde eigenschappen hebben als gewone atomen; ze zouden moleculen vormen, ze zouden vaste stoffen, vloeistoffen en gassen kunnen vormen, inclusief organische stoffen. Zo zouden twee antiprotonen en één anti-zuurstofkern, samen met acht positronen, een anti-watermolecuul kunnen vormen, vergelijkbaar met gewoon water H20, waarvan elk molecuul bestaat uit twee protonen van waterstofkernen, één zuurstofkern en acht elektronen. De moderne deeltjestheorie kan voorspellen dat anti-water bevriest bij 0°C, kookt bij 100°C en zich verder gedraagt als gewoon water. Als we deze redenering voortzetten, kunnen we tot de conclusie komen dat de antimaterie die is opgebouwd uit antimaterie extreem veel lijkt op de gewone wereld om ons heen. Deze conclusie dient als uitgangspunt voor theorieën over een symmetrisch heelal, gebaseerd op de aanname dat het heelal een gelijke hoeveelheid gewone materie en antimaterie heeft. We leven in dat deel ervan, dat uit gewone materie bestaat.
Als twee identieke stukjes stof van het tegenovergestelde type met elkaar in contact worden gebracht, zal vernietiging van elektronen met positronen en kernen met antinucleï plaatsvinden. In dit geval zullen gamma-quanta ontstaan, aan de hand waarvan men kan beoordelen wat er gebeurt. Aangezien de aarde per definitie uit gewone materie bestaat, zit er geen noemenswaardige hoeveelheid antimaterie in, behalve het kleine aantal antideeltjes dat wordt geproduceerd in grote versnellers en in kosmische straling. Hetzelfde geldt voor het hele zonnestelsel.
Waarnemingen laten zien dat er slechts een beperkte hoeveelheid gammastraling voorkomt in ons melkwegstelsel. Hieruit concluderen een aantal onderzoekers dat er geen merkbare hoeveelheden antimaterie in zitten. Maar deze conclusie is niet onomstreden. Er is momenteel geen manier om bijvoorbeeld te bepalen of een bepaalde nabije ster uit materie of antimaterie bestaat; een antimateriester zendt precies hetzelfde spectrum uit als een gewone ster. Verder is het heel goed mogelijk dat de ijle materie die de ruimte rond de ster vult en identiek is aan de materie van de ster zelf, wordt gescheiden van de gebieden gevuld met materie van het tegenovergestelde type - zeer dunne "Leidenfrost-lagen" met hoge temperatuur. Men kan dus spreken van een "cellulaire" structuur van interstellaire en intergalactische ruimte, waarin elke cel ofwel materie ofwel antimaterie bevat. Deze hypothese wordt ondersteund door modern onderzoek waaruit blijkt dat de magnetosfeer en heliosfeer (interplanetaire ruimte) een cellulaire structuur hebben. Cellen met verschillende magnetisaties en soms ook met verschillende temperaturen en dichtheden worden gescheiden door zeer dunne stroommantels. Hieruit volgt de paradoxale conclusie dat deze waarnemingen niet in tegenspraak zijn met het bestaan van antimaterie, zelfs niet binnen onze Melkweg.
Waren er eerder geen overtuigende argumenten voor het bestaan van antimaterie, nu hebben de successen van röntgen- en gamma-astronomie de situatie veranderd. Er zijn verschijnselen waargenomen die verband houden met een enorme en vaak zeer ongeordende afgifte van energie. Hoogstwaarschijnlijk was de bron van een dergelijke energieafgifte vernietiging.
De Zweedse natuurkundige O. Klein ontwikkelde een kosmologische theorie gebaseerd op de hypothese van symmetrie tussen materie en antimaterie, en kwam tot de conclusie dat annihilatieprocessen een beslissende rol spelen in de evolutie van het heelal en de vorming van de structuur van sterrenstelsels.
Het wordt steeds duidelijker dat de belangrijkste alternatieve theorie - de theorie van de "oerknal" - ernstig in tegenspraak is met de waarnemingsgegevens en de centrale plaats bij het oplossen van kosmologische problemen in de nabije toekomst zal waarschijnlijk worden ingenomen door "symmetrische kosmologie".
In de natuurkunde en scheikunde is antimaterie een stof die bestaat uit antideeltjes, dat wil zeggen een antiproton (een proton met een negatieve elektrische lading) en een anti-elektron (een elektron met een positieve elektrische lading). Het antiproton en het anti-elektron vormen een antimaterieatoom, net zoals een elektron en een proton een waterstofatoom vormen.
Algemeen concept van materie en antimaterie
Iedereen kent het antwoord op de vraag wat materie is, dat wil zeggen, het is een stof die bestaat uit moleculen en atomen. Atomen zelf bestaan op hun beurt uit elektronen en kernen gevormd door protonen en neutronen. Het begrijpen van de vraag wat materie is, maakt het mogelijk om te begrijpen wat antimaterie is. Het wordt opgevat als een stof waarvan de samenstellende deeltjes de tegenovergestelde elektrische lading hebben. In het geval van een neutronen-antineutronenpaar zijn hun ladingen gelijk aan nul, maar zijn de magnetische momenten tegengesteld gericht.
De belangrijkste eigenschap van antimaterie is het vermogen om te vernietigen wanneer het gewone materie ontmoet. Door het contact van deze stoffen verdwijnt de massa en wordt deze volledig omgezet in energie. Volgens de kosmische theorie is er een gelijke hoeveelheid materie en antimaterie in het heelal, dit feit volgt uit theoretische redenering. Deze stoffen zijn echter door enorme afstanden van elkaar gescheiden, omdat elk van hun ontmoetingen leidt tot grootse kosmische verschijnselen van de vernietiging van materie.
De geschiedenis van de ontdekking van antimaterie
Antimaterie werd in 1932 ontdekt door de Noord-Amerikaanse natuurkundige Carl Andersen, die kosmische straling bestudeerde en het positron (het antideeltje van het elektron) kon detecteren. Deze ontdekking leverde hem in 1936 de Nobelprijs op. Vervolgens werden antiprotonen experimenteel ontdekt. Dit gebeurde in 2006 dankzij de lancering van de Pamela-satelliet, wiens missie het was om door de zon uitgezonden deeltjes te bestuderen.
Vervolgens leerde de mensheid om zelf antimaterie te creëren. Als resultaat van vele experimenten werd aangetoond dat de botsing van materie en antimaterie beide stoffen vernietigt en gammastraling genereert. Deze experimentele bevindingen werden voorspeld door Albert Einstein.
Gebruik van antimaterie
Waar kan antimaterie worden gebruikt? Allereerst is antimaterie een uitstekende brandstof. Slechts één druppel antimaterie kan energie leveren, wat voldoende is om een grote stad overdag van stroom te voorzien. Bovendien is deze energiebron milieuvriendelijk.
Op het gebied van geneeskunde is het belangrijkste gebruik van antimaterie positronenstralingstomografie. Gammastraling, die het gevolg is van de vernietiging van materie en antimaterie, wordt gebruikt om kankergezwellen in het lichaam op te sporen. Antimaterie wordt ook gebruikt bij kankertherapie. Momenteel wordt er onderzoek gedaan naar het gebruik van antiprotonen voor de volledige vernietiging van kankerweefsel.
Hoeveel kost een gram antimaterie en waar wordt het opgeslagen?
De productie van antimaterie met behulp van elementaire deeltjesversnellers vereist enorme energiekosten. Bovendien is antimaterie moeilijk op te slaan, omdat het zichzelf zal vernietigen bij elk contact met gewone materie. Daarom wordt het opgeslagen in sterke elektromagnetische velden, die ook hoge energiekosten vereisen voor hun creatie en onderhoud.
In verband met het voorgaande kunnen we concluderen dat antimaterie de duurste stof op aarde is. Haar gram wordt geschat op 62,5 miljard dollar. Volgens andere schattingen van CERN zou het honderden miljoenen Zwitserse franken kosten om een miljardste gram antimaterie te creëren.
Ruimte is de bron van antimaterie
In dit stadium van technologische ontwikkeling is het kunstmatig creëren van antimaterie een inefficiënte en kostbare methode. Met het oog hierop zijn wetenschappers van NASA van plan antimaterie te verzamelen in de Van Allen-gordel van de aarde met magnetische velden. Deze gordel bevindt zich op een hoogte van enkele honderden kilometers boven het oppervlak van onze planeet en heeft een dikte van enkele duizenden kilometers. Dit gebied van de ruimte bevat een groot aantal antiprotonen, die worden gevormd als gevolg van reacties van elementaire deeltjes veroorzaakt door botsingen van kosmische straling in de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde. De hoeveelheid gewone materie is klein, dus antiprotonen kunnen er vrij lang in bestaan.
Een andere bron van antimaterie zijn soortgelijke stralingsgordels rond de reuzenplaneten van het zonnestelsel: Jupiter, Saturnus, Neptunus en Uranus. Wetenschappers besteden speciale aandacht aan Saturnus, die naar hun mening een groot aantal antiprotonen zou moeten produceren als gevolg van de interactie van geladen kosmische deeltjes met de ijsringen van de planeet.
Ook wordt er gewerkt aan een meer economische opslag van antimaterie. Dus, professor Masaki Gori (Masaki Hori) kondigde de ontwikkelde methode aan om antiprotonen op te sluiten met behulp van radiofrequenties, wat volgens hem de grootte van de container voor antimaterie aanzienlijk zal verminderen.
Antimaterie is al lang het onderwerp van sciencefiction. In het boek en de film Angels & Demons probeert professor Langdon het Vaticaan te redden van een antimateriebom. Het Star Trek-ruimtevaartuig Enterprise gebruikt een vernietigende antimaterie-motor om sneller te reizen dan de snelheid van het licht. Maar antimaterie is ook het onderwerp van onze werkelijkheid. Antimateriedeeltjes zijn vrijwel identiek aan hun materiële tegenhangers, behalve dat ze een tegengestelde lading en spin hebben. Wanneer antimaterie materie ontmoet, vernietigen ze onmiddellijk in energie, en dit is niet langer fictie.
Hoewel antimateriebommen en schepen op dezelfde brandstof in de praktijk nog niet mogelijk zijn, zijn er veel feiten over antimaterie die je zullen verrassen of je in staat stellen om wat je al wist op te frissen.
Antimaterie zou na de oerknal alle materie in het universum vernietigen
Volgens de theorie heeft de oerknal materie en antimaterie in gelijke hoeveelheden gecreëerd. Wanneer ze elkaar ontmoeten, is er wederzijdse vernietiging, vernietiging, en blijft alleen pure energie over. Op basis hiervan zouden we niet moeten bestaan.
Maar we bestaan. En voor zover natuurkundigen weten, komt dit omdat er voor elke miljard paren materie-antimaterie één extra deeltje materie was. Natuurkundigen doen hun best om deze asymmetrie te verklaren.
Antimaterie is dichterbij dan je denkt
Er regenen voortdurend kleine hoeveelheden antimaterie op aarde in de vorm van kosmische stralen, energetische deeltjes uit de ruimte. Deze antimateriedeeltjes bereiken onze atmosfeer met niveaus variërend van één tot meer dan honderd per vierkante meter. Wetenschappers hebben ook bewijs dat antimaterie wordt geproduceerd tijdens onweersbuien.
Er zijn andere bronnen van antimaterie die dichter bij ons staan. Bananen genereren bijvoorbeeld antimaterie door ongeveer eens per 75 minuten één positron - het antimaterie-equivalent van een elektron - uit te zenden. Dit komt omdat bananen kleine hoeveelheden kalium-40 bevatten, een natuurlijk voorkomende isotoop van kalium. Het verval van kalium-40 produceert soms een positron.
Ons lichaam bevat ook kalium-40, wat betekent dat je ook positronen uitstraalt. Antimaterie vernietigt onmiddellijk bij contact met materie, dus deze antimateriedeeltjes leven niet erg lang.
Mensen zijn erin geslaagd om behoorlijk wat antimaterie te creëren
De vernietiging van antimaterie en materie heeft het potentieel om enorme hoeveelheden energie vrij te maken. Een gram antimaterie kan een explosie veroorzaken ter grootte van een atoombom. Mensen hebben echter niet veel antimaterie geproduceerd, dus er is niets om bang voor te zijn.
Alle antiprotonen die in de Tevatron-deeltjesversneller van Fermi Laboratory zijn gemaakt, zijn amper 15 nanogram. Bij CERN is tot nu toe slechts ongeveer 1 nanogram geproduceerd. In DESY in Duitsland - niet meer dan 2 nanogram positronen.
Als alle antimaterie die door mensen is gemaakt onmiddellijk wordt vernietigd, zal de energie ervan niet eens voldoende zijn om een kopje thee te koken.
Het probleem ligt in de efficiëntie en kosten van het produceren en opslaan van antimaterie. Het creëren van 1 gram antimaterie vereist ongeveer 25 miljoen miljard kilowattuur energie en kost meer dan een miljoen miljard dollar. Het is niet verrassend dat antimaterie soms wordt opgenomen in de lijst van de tien duurste stoffen in onze wereld.
Er bestaat zoiets als een antimaterieval.
Om antimaterie te bestuderen, moet je voorkomen dat het met materie vernietigt. Wetenschappers hebben verschillende manieren gevonden om dit te doen.
Geladen deeltjes antimaterie, zoals positronen en antiprotonen, kunnen worden opgeslagen in zogenaamde Penning-vallen. Ze zijn als kleine deeltjesversnellers. Binnenin bewegen deeltjes zich in een spiraal, terwijl magnetische en elektrische velden voorkomen dat ze in botsing komen met de wanden van de val.
Penning-vallen werken echter niet voor neutrale deeltjes zoals antiwaterstof. Omdat ze geen lading hebben, kunnen deze deeltjes niet worden beperkt door elektrische velden. Ze worden vastgehouden in Ioffe-vallen die werken door een gebied in de ruimte te creëren waar het magnetische veld in alle richtingen sterker wordt. Antimateriedeeltjes komen vast te zitten in het gebied met het zwakste magnetische veld.
Het magnetisch veld van de aarde kan fungeren als antimaterievallen. Antiprotonen zijn gevonden in bepaalde zones rond de aarde - de Van Allen-stralingsgordels.
Antimaterie kan vallen (letterlijk)
Materie en antimateriedeeltjes hebben dezelfde massa maar verschillen in eigenschappen zoals elektrische lading en spin. voorspelt dat de zwaartekracht hetzelfde effect zou hebben op materie en antimaterie, maar dit valt nog te bezien. Experimenten als AEGIS, ALPHA en GBAR werken hieraan.
Het gravitatie-effect in antimaterie observeren is niet zo eenvoudig als het kijken naar een appel die van een boom valt. Deze experimenten vereisen dat antimaterie gevangen wordt gehouden of vertraagd door het af te koelen tot temperaturen net boven het absolute nulpunt. En aangezien zwaartekracht de zwakste van de fundamentele krachten is, moeten natuurkundigen bij deze experimenten neutrale antimateriedeeltjes gebruiken om interactie met de sterkere kracht van elektriciteit te voorkomen.
Antimaterie wordt bestudeerd in deeltjesmoderators
Heb je gehoord van deeltjesversnellers, maar heb je ook gehoord van deeltjesmoderators? CERN heeft een machine genaamd de Antiproton Decelerator, waarin antiprotonen worden opgesloten en vertraagd om hun eigenschappen en gedrag te bestuderen.
In deeltjesversnellerringen zoals de Large Hadron Collider krijgen deeltjes een energetische boost elke keer dat ze een cirkel voltooien. De moderators werken omgekeerd: in plaats van de deeltjes te verspreiden, worden ze in de tegenovergestelde richting geduwd.
Neutrino's kunnen hun eigen antideeltjes zijn
Een deeltje materie en zijn anti-materiële partner dragen tegengestelde ladingen, waardoor het gemakkelijk is om ze van elkaar te onderscheiden. Neutrino's, bijna massaloze deeltjes die zelden interactie hebben met materie, hebben geen lading. Wetenschappers denken dat ze een hypothetische klasse van deeltjes kunnen zijn die hun eigen antideeltjes zijn.
Projecten zoals de Majorana Demonstrator en EXO-200 hebben tot doel vast te stellen of neutrino's inderdaad Majorana-deeltjes zijn door het gedrag van zogenaamd neutrinoloos dubbel bètaverval te observeren.
Sommige radioactieve kernen vervallen gelijktijdig en zenden twee elektronen en twee neutrino's uit. Als neutrino's hun eigen antideeltjes waren, zouden ze annihileren na een binair verval, en wetenschappers zouden alleen worden overgelaten om elektronen te observeren.
De zoektocht naar Majorana-neutrino's zou kunnen helpen verklaren waarom er een asymmetrie tussen materie en antimaterie bestaat. Natuurkundigen suggereren dat Majorana-neutrino's zowel zwaar als licht kunnen zijn. De longen bestaan in onze tijd, en de zware bestonden direct na de oerknal. Zware Majorana-neutrino's vervielen asymmetrisch, wat resulteerde in een kleine hoeveelheid materie die ons heelal vulde.
Antimaterie wordt gebruikt in de geneeskunde
PET, PET (Positron Emission Topography) gebruikt positronen om afbeeldingen met een hoge resolutie van het lichaam te produceren. Positron-emitterende radioactieve isotopen (zoals die we in bananen aantroffen) hechten zich aan chemicaliën zoals glucose die in het lichaam aanwezig zijn. Ze worden in de bloedbaan geïnjecteerd, waar ze van nature vervallen en positronen uitstoten. Die ontmoeten op hun beurt de elektronen van het lichaam en vernietigen. Annihilatie produceert gammastralen die worden gebruikt om het beeld op te bouwen.
Wetenschappers van het ACE-project van CERN bestuderen antimaterie als een potentiële kandidaat voor de behandeling van kanker. Artsen hebben al ontdekt dat ze deeltjesbundels op tumoren kunnen richten die hun energie pas afgeven nadat ze veilig door gezond weefsel zijn gegaan. Het gebruik van antiprotonen zal een extra uitbarsting van energie toevoegen. Deze techniek is effectief gebleken bij de behandeling van hamsters, maar moet nog bij mensen worden getest.
Antimaterie ligt mogelijk op de loer in de ruimte
Een manier waarop wetenschappers het probleem van de asymmetrie tussen materie en antimaterie proberen op te lossen, is door te zoeken naar antimaterie die is overgebleven van de oerknal.
De Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) is een deeltjesdetector op het internationale ruimtestation die naar dergelijke deeltjes zoekt. De AMS bevat magnetische velden die het pad van kosmische deeltjes buigen en materie scheiden van antimaterie. Zijn detectoren moeten dergelijke deeltjes detecteren en identificeren als ze passeren.
Botsingen van kosmische straling produceren meestal positronen en antiprotonen, maar de kans op het creëren van een antiheliumatoom blijft extreem klein vanwege de gigantische hoeveelheid energie die voor dit proces nodig is. Dit betekent dat de waarneming van slechts één nucleolus van antihelium een krachtig bewijs zou zijn voor het bestaan van een gigantische hoeveelheid antimaterie elders in het universum.
Mensen leren eigenlijk hoe ze ruimtevaartuigen kunnen aandrijven met antimaterie-drijfgas
Een klein beetje antimaterie kan enorme hoeveelheden energie produceren, waardoor het een populaire brandstof is voor futuristische sciencefictionschepen.
Raketvoortstuwing op antimaterie is hypothetisch mogelijk; de belangrijkste beperking is het verzamelen van voldoende antimaterie om dit mogelijk te maken.
Tot nu toe is er geen technologie voor massaproductie of verzameling van antimaterie in de volumes die nodig zijn voor een dergelijke toepassing. Wetenschappers werken echter aan het nabootsen van een dergelijke beweging en opslag van deze antimaterie. Als we ooit een manier vinden om grote hoeveelheden antimaterie te produceren, zou hun onderzoek kunnen helpen om interstellaire reizen mogelijk te maken.
Afkomstig van symmetrymagazine.org
) voor zowel deeltjes als antideeltjes. Dit betekent dat de structuur van antimaterie identiek moet zijn aan die van gewone materie.
Het verschil tussen materie en antimaterie is alleen mogelijk vanwege de zwakke interactie, maar bij normale temperaturen zijn zwakke effecten verwaarloosbaar.
Wanneer materie en antimaterie op elkaar inwerken, annihileren ze en worden hoogenergetische fotonen of deeltjes-antideeltje-paren gevormd. Er wordt berekend dat wanneer 1 kg antimaterie en 1 kg materie op elkaar inwerken, er ongeveer 1,8·10 17 joule energie vrijkomt, wat overeenkomt met de energie die vrijkomt bij de explosie van 42,96 megaton TNT. Het krachtigste nucleaire apparaat dat ooit op de planeet is ontploft, "tsaarbom" (massa ~ 20 ton), kwam overeen met 57 megaton. Opgemerkt moet worden dat ongeveer 50% van de energie tijdens de vernietiging van een nucleon-antinucleon-paar vrijkomt in de vorm van neutrino's, die praktisch geen interactie hebben met materie.
Er is nogal wat discussie over waarom het waarneembare deel van het heelal bijna uitsluitend uit materie bestaat en of er andere plekken zijn, integendeel bijna volledig gevuld met antimaterie; maar tot op heden is de waargenomen asymmetrie van materie en antimaterie in het universum een van de grootste onopgeloste problemen in de natuurkunde (zie Baryon-asymmetrie van het universum). Aangenomen wordt dat zo'n sterke asymmetrie ontstond in de eerste fracties van een seconde na de oerknal.
Ontvangst
Het eerste object dat volledig uit antideeltjes bestond, was het anti-deuteron dat in 1965 werd gesynthetiseerd; toen werden ook zwaardere antinuclei verkregen. In 1995 werd bij CERN een antiwaterstofatoom gesynthetiseerd, bestaande uit een positron en een antiproton. In de afgelopen jaren is antiwaterstof in aanzienlijke hoeveelheden verkregen en een gedetailleerde studie van de eigenschappen ervan is begonnen.
Prijs
Antimaterie staat bekend als de duurste stof op aarde - een schatting van de NASA uit 2006 kostte ongeveer 25 miljoen dollar om een milligram positronen te produceren. Volgens een schatting van 1999 zou één gram antiwaterstof $ 62,5 biljoen waard zijn. Volgens een schatting van CERN uit 2001 kostte de productie van een miljardste gram antimaterie (het volume dat CERN gebruikt bij botsingen tussen deeltjes en antideeltjes gedurende tien jaar) enkele honderden miljoenen Zwitserse frank.
zie ook
Opmerkingen:
Links
Wikimedia Stichting. 2010 .
synoniemen:Zie wat "Antimaterie" is in andere woordenboeken:
antimaterie... Spellingwoordenboek
antimaterie- antimaterie/, een/ … samengevoegd. Afzonderlijk. Via een koppelteken.
MAAR; vgl. Fys. Materie opgebouwd uit antideeltjes. ◁ Antimaterieel, oh, oh. * * * Antimaterie is materie opgebouwd uit antideeltjes. De kernen van antimaterie-atomen zijn samengesteld uit antiprotonen en antineutronen, en de atomaire schillen zijn opgebouwd uit positronen. encyclopedisch woordenboek
ANTI-MATTER Materie bestaat uit anti-deeltjes. De kernen van antimaterie-atomen bestaan uit antiprotonen en antineutronen, en de rol van elektronen wordt gespeeld door positronen. Er wordt aangenomen dat in de eerste momenten van de vorming van het heelal, antimaterie en materie ... ... Moderne Encyclopedie
Materie opgebouwd uit antideeltjes. De kernen van antimaterie-atomen zijn samengesteld uit antiprotonen en antineutronen, terwijl de atomaire schillen zijn opgebouwd uit positronen. Ophopingen van antimaterie in het heelal zijn nog niet ontdekt. Op geladen deeltjesversnellers verkregen ... ... Groot encyclopedisch woordenboek
ANTI-MATTER, een stof bestaande uit antideeltjes, in alle opzichten identiek aan gewone deeltjes, behalve ELEKTRISCHE OPLADEN, SPIN EN MAGNETISCH MOMENT, waarvoor ze het tegenovergestelde teken hebben. Wanneer een antideeltje, zoals een positron... ... Wetenschappelijk en technisch encyclopedisch woordenboek
wo Materie gevormd uit antideeltjes (in de natuurkunde). Verklarende Woordenboek van Efremova. T.F. Efremova. 2000... Modern verklarend woordenboek van de Russische taal Efremova
Materie opgebouwd uit antideeltjes. De kernen van atomen in va bestaan uit protonen en neutronen, en de elektronen vormen de schillen van atomen. In A. bestaan kernen uit antiprotonen en antineutronen, en de plaats van elektronen in hun schillen wordt ingenomen door positronen. volgens modern theorieën, vergif... Fysieke Encyclopedie
Bestaat., aantal synoniemen: 1 antimaterie (2) ASIS Synoniem Woordenboek. VN Trisjin. 2013 ... Synoniem woordenboek
ANTIMATTER- materie bestaande uit (zie). De kwestie van de prevalentie van A. in het heelal is nog steeds open ... Grote Polytechnische Encyclopedie
Boeken
- Universum in de achteruitkijkspiegel. Was God rechtshandig? Of verborgen symmetrie, antimaterie en het Higgs-deeltje, door Dave Goldberg. Hou je niet van natuurkunde? Je hebt de boeken van Dave Goldberg gewoon niet gelezen! Dit boek laat je kennismaken met een van de meest intrigerende onderwerpen in de moderne natuurkunde, fundamentele symmetrieën. Inderdaad, in onze mooie...
- Universum in de achteruitkijkspiegel. Was God rechtshandig? Of verborgen symmetrie, antimaterie en boson, Dave Goldberg. Hou je niet van natuurkunde? Je hebt de boeken van Dave Goldberg gewoon niet gelezen! Dit boek laat je kennismaken met een van de meest intrigerende onderwerpen in de moderne natuurkunde: fundamentele symmetrieën. Immers, in onze…
Ecologie van cognitie: antimaterie is al lang het onderwerp van sciencefiction. In het boek en de film Angels & Demons probeert professor Langdon het Vaticaan te redden van een antimateriebom. Het Star Trek Enterprise-ruimtevaartuig gebruikt een motor gebaseerd op:
Antimaterie is al lang het onderwerp van sciencefiction. In het boek en de film Angels & Demons probeert professor Langdon het Vaticaan te redden van een antimateriebom. Het Star Trek-ruimtevaartuig Enterprise gebruikt een vernietigende antimaterie-motor om sneller te reizen dan de snelheid van het licht. Maar antimaterie is ook het onderwerp van onze werkelijkheid. Antimateriedeeltjes zijn vrijwel identiek aan hun materiële tegenhangers, behalve dat ze een tegengestelde lading en spin hebben. Wanneer antimaterie materie ontmoet, vernietigen ze onmiddellijk in energie, en dit is niet langer fictie.
Hoewel antimateriebommen en schepen op dezelfde brandstof in de praktijk nog niet mogelijk zijn, zijn er veel feiten over antimaterie die je zullen verrassen of je in staat stellen om wat je al wist op te frissen.
1 Antimaterie had alle materie in het heelal moeten vernietigen na de oerknal
Volgens de theorie heeft de oerknal materie en antimaterie in gelijke hoeveelheden gecreëerd. Wanneer ze elkaar ontmoeten, is er wederzijdse vernietiging, vernietiging, en blijft alleen pure energie over. Op basis hiervan zouden we niet moeten bestaan.
Maar we bestaan. En voor zover natuurkundigen weten, komt dit omdat er voor elke miljard paren materie-antimaterie één extra deeltje materie was. Natuurkundigen doen hun best om deze asymmetrie te verklaren.
2 Antimaterie is dichter bij u dan u denkt
Er regenen voortdurend kleine hoeveelheden antimaterie op aarde in de vorm van kosmische stralen, energetische deeltjes uit de ruimte. Deze antimateriedeeltjes bereiken onze atmosfeer met niveaus variërend van één tot meer dan honderd per vierkante meter. Wetenschappers hebben ook bewijs dat antimaterie wordt geproduceerd tijdens onweersbuien.
Er zijn andere bronnen van antimaterie die dichter bij ons staan. Bananen genereren bijvoorbeeld antimaterie door ongeveer eens per 75 minuten één positron - het antimaterie-equivalent van een elektron - uit te zenden. Dit komt omdat bananen kleine hoeveelheden kalium-40 bevatten, een natuurlijk voorkomende isotoop van kalium. Het verval van kalium-40 produceert soms een positron.
Ons lichaam bevat ook kalium-40, wat betekent dat je ook positronen uitstraalt. Antimaterie vernietigt onmiddellijk bij contact met materie, dus deze antimateriedeeltjes leven niet erg lang.
3 mensen hebben heel weinig antimaterie gemaakt
De vernietiging van antimaterie en materie heeft het potentieel om enorme hoeveelheden energie vrij te maken. Een gram antimaterie kan een explosie veroorzaken ter grootte van een atoombom. Mensen hebben echter niet veel antimaterie geproduceerd, dus er is niets om bang voor te zijn.
Alle antiprotonen die in de Tevatron-deeltjesversneller van Fermi Laboratory zijn gemaakt, zijn amper 15 nanogram. Bij CERN is tot nu toe slechts ongeveer 1 nanogram geproduceerd. In DESY in Duitsland - niet meer dan 2 nanogram positronen.
Als alle antimaterie die door mensen is gemaakt onmiddellijk wordt vernietigd, zal de energie ervan niet eens voldoende zijn om een kopje thee te koken.
Het probleem ligt in de efficiëntie en kosten van het produceren en opslaan van antimaterie. Het creëren van 1 gram antimaterie vereist ongeveer 25 miljoen miljard kilowattuur energie en kost meer dan een miljoen miljard dollar. Het is niet verrassend dat antimaterie soms wordt opgenomen in de lijst van de tien duurste stoffen in onze wereld.
4. Er bestaat zoiets als een antimaterieval.
Om antimaterie te bestuderen, moet je voorkomen dat het met materie vernietigt. Wetenschappers hebben verschillende manieren gevonden om dit te doen.
Geladen deeltjes antimaterie, zoals positronen en antiprotonen, kunnen worden opgeslagen in zogenaamde Penning-vallen. Ze zijn als kleine deeltjesversnellers. Binnenin bewegen deeltjes zich in een spiraal, terwijl magnetische en elektrische velden voorkomen dat ze in botsing komen met de wanden van de val.
Penning-vallen werken echter niet voor neutrale deeltjes zoals antiwaterstof. Omdat ze geen lading hebben, kunnen deze deeltjes niet worden beperkt door elektrische velden. Ze worden vastgehouden in Ioffe-vallen die werken door een gebied in de ruimte te creëren waar het magnetische veld in alle richtingen sterker wordt. Antimateriedeeltjes komen vast te zitten in het gebied met het zwakste magnetische veld.
Het magnetisch veld van de aarde kan fungeren als antimaterievallen. Antiprotonen zijn gevonden in bepaalde zones rond de aarde - de Van Allen-stralingsgordels.
5. Antimaterie kan vallen (letterlijk)
Materie en antimateriedeeltjes hebben dezelfde massa maar verschillen in eigenschappen zoals elektrische lading en spin. Het standaardmodel voorspelt dat de zwaartekracht hetzelfde effect zou hebben op materie en antimaterie, maar dit valt nog te bezien. Experimenten als AEGIS, ALPHA en GBAR werken hieraan.
Het gravitatie-effect in antimaterie observeren is niet zo eenvoudig als het kijken naar een appel die van een boom valt. Deze experimenten vereisen dat antimaterie gevangen wordt gehouden of vertraagd door het af te koelen tot temperaturen net boven het absolute nulpunt. En aangezien zwaartekracht de zwakste van de fundamentele krachten is, moeten natuurkundigen bij deze experimenten neutrale antimateriedeeltjes gebruiken om interactie met de sterkere kracht van elektriciteit te voorkomen.
6. Antimaterie wordt bestudeerd in deeltjesmoderators
Heb je gehoord van deeltjesversnellers, maar heb je ook gehoord van deeltjesmoderators? CERN heeft een machine genaamd de Antiproton Decelerator, waarin antiprotonen worden opgesloten en vertraagd om hun eigenschappen en gedrag te bestuderen.
In deeltjesversnellerringen zoals de Large Hadron Collider krijgen deeltjes een energetische boost elke keer dat ze een cirkel voltooien. De moderators werken omgekeerd: in plaats van de deeltjes te verspreiden, worden ze in de tegenovergestelde richting geduwd.
7 Neutrino's kunnen hun eigen antideeltjes zijn
Een deeltje materie en zijn anti-materiële partner dragen tegengestelde ladingen, waardoor het gemakkelijk is om ze van elkaar te onderscheiden. Neutrino's, bijna massaloze deeltjes die zelden interactie hebben met materie, hebben geen lading. Wetenschappers denken dat het Majorana-deeltjes zijn, een hypothetische klasse van deeltjes die hun eigen antideeltjes zijn.
Projecten zoals de Majorana Demonstrator en EXO-200 hebben tot doel vast te stellen of neutrino's inderdaad Majorana-deeltjes zijn door het gedrag van zogenaamd neutrinoloos dubbel bètaverval te observeren.
Sommige radioactieve kernen vervallen gelijktijdig en zenden twee elektronen en twee neutrino's uit. Als neutrino's hun eigen antideeltjes waren, zouden ze annihileren na een binair verval, en wetenschappers zouden alleen worden overgelaten om elektronen te observeren.
De zoektocht naar Majorana-neutrino's zou kunnen helpen verklaren waarom er een asymmetrie tussen materie en antimaterie bestaat. Natuurkundigen suggereren dat Majorana-neutrino's zowel zwaar als licht kunnen zijn. De longen bestaan in onze tijd, en de zware bestonden direct na de oerknal. Zware Majorana-neutrino's vervielen asymmetrisch, wat resulteerde in een kleine hoeveelheid materie die ons heelal vulde.
8 Antimaterie wordt gebruikt in de geneeskunde
PET, PET (Positron Emission Topography) gebruikt positronen om afbeeldingen met een hoge resolutie van het lichaam te produceren. Positron-emitterende radioactieve isotopen (zoals die we in bananen aantroffen) hechten zich aan chemicaliën zoals glucose die in het lichaam aanwezig zijn. Ze worden in de bloedbaan geïnjecteerd, waar ze van nature vervallen en positronen uitstoten. Die ontmoeten op hun beurt de elektronen van het lichaam en vernietigen. Annihilatie produceert gammastralen die worden gebruikt om het beeld op te bouwen.
Wetenschappers van het ACE-project van CERN bestuderen antimaterie als een potentiële kandidaat voor de behandeling van kanker. Artsen hebben al ontdekt dat ze deeltjesbundels op tumoren kunnen richten die hun energie pas afgeven nadat ze veilig door gezond weefsel zijn gegaan. Het gebruik van antiprotonen zal een extra uitbarsting van energie toevoegen. Deze techniek is effectief gebleken bij de behandeling van hamsters, maar moet nog bij mensen worden getest.
9 Antimaterie kan op de loer liggen in de ruimte
Een manier waarop wetenschappers het probleem van de asymmetrie tussen materie en antimaterie proberen op te lossen, is door te zoeken naar antimaterie die is overgebleven van de oerknal.
De Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) is een deeltjesdetector op het internationale ruimtestation die naar dergelijke deeltjes zoekt. De AMS bevat magnetische velden die het pad van kosmische deeltjes buigen en materie scheiden van antimaterie. Zijn detectoren moeten dergelijke deeltjes detecteren en identificeren als ze passeren.
Botsingen van kosmische straling produceren meestal positronen en antiprotonen, maar de kans op het creëren van een antiheliumatoom blijft extreem klein vanwege de gigantische hoeveelheid energie die voor dit proces nodig is. Dit betekent dat de waarneming van slechts één nucleolus van antihelium een krachtig bewijs zou zijn voor het bestaan van een gigantische hoeveelheid antimaterie elders in het universum.
10 mensen leren daadwerkelijk hoe ze ruimtevaartuigen kunnen aandrijven met antimateriebrandstof
Een klein beetje antimaterie kan enorme hoeveelheden energie produceren, waardoor het een populaire brandstof is voor futuristische sciencefictionschepen.
Raketvoortstuwing op antimaterie is hypothetisch mogelijk; de belangrijkste beperking is het verzamelen van voldoende antimaterie om dit mogelijk te maken.
Tot nu toe is er geen technologie voor massaproductie of verzameling van antimaterie in de volumes die nodig zijn voor een dergelijke toepassing. Wetenschappers werken echter aan het nabootsen van een dergelijke beweging en opslag van deze antimaterie. Als we ooit een manier vinden om grote hoeveelheden antimaterie te produceren, zou hun onderzoek kunnen helpen om interstellaire reizen mogelijk te maken. gepubliceerd
- Runentraining: waar te beginnen?
- Runen voor beginners: definitie, concept, beschrijving en uiterlijk, waar te beginnen, werkregels, functies en nuances bij het gebruik van runen Hoe runen te leren begrijpen
- Hoe maak je een huis of appartement schoon van negativiteit?
- zal al je mislukkingen wegvagen, dingen van de grond halen en alle deuren openen voor zijn meester!