Antimaterie war eine der aufregendsten physikalischen Entdeckungen des 20. Abgeholt von Fiction-Autoren wie Dan Brown, viele Leute betrachten es als eine“ da draußen “ theoretische Idee – nicht bewusst, dass es tatsächlich jeden Tag produziert wird. Darüber hinaus hilft uns die Erforschung der Antimaterie zu verstehen, wie das Universum funktioniert.
Antimaterie ist ein Material, das aus sogenannten Antipartikeln besteht. Es wird angenommen, dass jedes Teilchen, das wir kennen, einen Antimaterie-Begleiter hat, der praktisch identisch mit sich selbst ist, aber mit der entgegengesetzten Ladung., Zum Beispiel hat ein Elektron eine negative Ladung. Aber sein Antiteilchen, ein positron genannt, hat die gleiche Masse, aber eine positive Ladung. Wenn sich ein Teilchen und sein Antiteilchen treffen, vernichten sie sich gegenseitig – verschwinden in einem Lichtstoß.
Solche Teilchen wurden zuerst vom britischen Physiker Paul Dirac vorhergesagt, als er versuchte, die beiden großen Ideen der frühen modernen Physik zu kombinieren: Relativität und Quantenmechanik. Zuvor waren Wissenschaftler ratlos darüber, dass es vorherzusagen schien, dass Teilchen Energien haben könnten, die niedriger sind als in „Ruhe“ (dh so ziemlich nichts tun)., Dies schien zu der Zeit unmöglich, da es bedeutete, dass Energien negativ sein könnten.
Dirac akzeptierte jedoch, dass die Gleichungen ihm sagten, dass Teilchen wirklich ein ganzes „Meer“ dieser niederen Energien füllen – ein Meer, das für Physiker bisher unsichtbar war, da sie nur „über die Oberfläche“schauten. Er stellte sich vor, dass alle „normalen“ Energieniveaus, die existieren, von „normalen“ Teilchen erklärt werden., Wenn ein Teilchen jedoch aus einem niedrigeren Energiezustand aufspringt, erscheint es als normales Teilchen, hinterlässt jedoch ein „Loch“, das uns als seltsames spiegelbildliches Teilchen erscheint-Antimaterie.
Trotz anfänglicher Skepsis wurden bald Beispiele für diese Partikel-Antiteilchen-Paare gefunden. Zum Beispiel werden sie produziert, wenn kosmische Strahlen auf die Erdatmosphäre treffen. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass die Energie in Gewittern Antielektronen erzeugt, sogenannte Positronen., Diese werden auch in einigen radioaktiven Zerfällen hergestellt, ein Verfahren, das in vielen Krankenhäusern in Positronenemissions-Tomographie (PET) – Scannern verwendet wird, die eine präzise Bildgebung innerhalb des menschlichen Körpers ermöglichen. Heutzutage können Experimente am Large Hadron Collider (LHC) auch Materie und Antimaterie produzieren.
Materie-Antimaterie-Geheimnis
Die Physik sagt voraus, dass Materie und Antimaterie in fast gleichen Mengen erzeugt werden müssen und dass dies während des Urknalls der Fall gewesen wäre., Darüber hinaus wird vorhergesagt, dass die Gesetze der Physik gleich sein sollten, wenn ein Teilchen mit seinem Antiteilchen ausgetauscht wird – eine Beziehung, die als CP-Symmetrie bekannt ist. Das Universum, das wir sehen, scheint diesen Regeln jedoch nicht zu gehorchen. Es besteht fast ausschließlich aus Materie, also wohin ist die ganze Antimaterie gegangen? Es ist eines der größten Rätsel in der Physik bis heute.
Experimente haben gezeigt, dass einige radioaktive Zerfallsprozesse nicht die gleiche Menge an Antiteilchen und Partikeln produzieren. Es reicht jedoch nicht aus, die Disparität zwischen Materiemengen und Antimaterie im Universum zu erklären. Folglich suchen Physiker wie ich am LHC, auf ATLAS, CMS und LHCb und andere, die mit Neutrinos wie T2K in Japan experimentieren, nach anderen Prozessen, die das Rätsel erklären könnten.,
Andere Gruppen von Physikern wie die Alpha Collaboration am CERN arbeiten mit viel niedrigeren Energien, um zu sehen, ob die Eigenschaften von Antimaterie wirklich der Spiegel ihrer Materie-Partner sind. Ihre neuesten Ergebnisse zeigen, dass ein Anti-Wasserstoff-Atom (bestehend aus einem Anti-Proton und einem Anti-Elektron oder Positron) mit einer Genauigkeit von weniger als einem Milliardstel der Ladung eines Elektrons elektrisch neutral ist., In Kombination mit anderen Messungen bedeutet dies, dass das Positron gleich und entgegengesetzt zur Ladung des Elektrons zu mehr als einem Teil in einer Milliarde ist – was bestätigt, was von Antimaterie erwartet wird.
Es bleiben jedoch sehr viele Geheimnisse. Experimente untersuchen auch, ob die Schwerkraft die Antimaterie genauso beeinflusst wie die Materie. Wenn sich herausstellt, dass diese genauen Symmetrien gebrochen sind, ist eine grundlegende Überarbeitung unserer Vorstellungen von Physik erforderlich, die nicht nur die Teilchenphysik, sondern auch unser Verständnis von Schwerkraft und Relativitätstheorie beeinflusst.,
Auf diese Weise ermöglichen uns Antimaterie-Experimente, unser Verständnis der grundlegenden Funktionsweise des Universums neuen und aufregenden Tests zu unterziehen. Wer weiß, was wir finden werden?
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