Antymateria była jednym z najbardziej ekscytujących odkryć fizyki XX wieku. Podchwytywani przez pisarzy fantastyki, takich jak Dan Brown, Wielu ludzi myśli o tym jako o teoretycznym pomyśle „na zewnątrz” – nieświadomi, że jest on rzeczywiście produkowany każdego dnia. Co więcej, badania antymaterii pomagają nam zrozumieć, jak działa wszechświat.
Antymateria jest materiałem składającym się z tzw. antycząstek. Uważa się, że każda cząstka, o której wiemy, ma towarzysza antymaterii, który jest praktycznie identyczny z sobą, ale z przeciwnym ładunkiem., Na przykład elektron ma ładunek ujemny. Ale jego antycząstka, zwana pozytronem, ma tę samą masę, ale ładunek dodatni. Kiedy cząstka i jej antycząstka spotykają się, anihilują się nawzajem – znikają w wybuchu światła.
takie cząstki po raz pierwszy przewidział brytyjski fizyk Paul Dirac, gdy próbował połączyć dwie wielkie idee wczesnej nowożytnej fizyki: teorię względności i mechanikę kwantową. Wcześniej naukowcy byli zdumieni faktem, że wydawało się przewidywać, że cząstki mogą mieć Energie niższe niż wtedy ,gdy były w „spoczynku” (czyli prawie nic nie robi)., Wydawało się to niemożliwe w tym czasie, ponieważ oznaczało to, że energie mogą być negatywne.
Dirac jednak zaakceptował, że równania mówią mu, że cząstki naprawdę wypełniają całe „morze” tych niższych energii – morze, które do tej pory było niewidoczne dla fizyków, ponieważ patrzyli tylko „ponad powierzchnię”. Przewidywał, że wszystkie” normalne „poziomy energii, które istnieją, są rozliczane przez „normalne” cząstki., Jednak gdy cząstka wyskakuje z niższego stanu energetycznego, wydaje się ona zwykłą cząstką, ale pozostawia „dziurę”, która wydaje się nam dziwną, lustrzaną cząstką-antymaterią.
pomimo początkowego sceptycyzmu, wkrótce znaleziono przykłady tych par cząstka-antycząstka. Na przykład powstają one, gdy promienie kosmiczne uderzają w ziemską atmosferę. Istnieją nawet dowody na to, że energia w burzach wytwarza antyelektrony, zwane pozytonami., Są one również wytwarzane w niektórych rozpadach promieniotwórczych, procesie stosowanym w wielu szpitalach w skanerach pozytronowej tomografii emisyjnej (PET), które umożliwiają precyzyjne obrazowanie w organizmie człowieka. Obecnie eksperymenty w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) mogą również produkować materię i antymaterię.
Tajemnica Materia-antymateria
Fizyka przewiduje, że materia i antymateria muszą być tworzone w prawie równych ilościach, i że tak było podczas Wielkiego Wybuchu., Co więcej, przewiduje się, że prawa fizyki powinny być takie same, jeśli cząstka jest wymienna z jej antycząstką – relacją znaną jako symetria CP. Jednak wszechświat, który widzimy, nie wydaje się przestrzegać tych zasad. Jest prawie w całości zrobiona z materii, więc gdzie podziała się cała antymateria? Jest to jedna z największych tajemnic fizyki do tej pory.
eksperymenty wykazały, że niektóre procesy rozpadu promieniotwórczego nie wytwarzają równej ilości antycząstek i cząstek. Nie wystarczy jednak wyjaśnić dysproporcji pomiędzy ilościami materii i antymaterii we wszechświecie. W konsekwencji fizycy tacy jak ja w LHC, ATLAS, CMS i LHCb, a także inni prowadzący eksperymenty z neutrinami, jak np. T2K w Japonii, poszukują innych procesów, które mogłyby wyjaśnić zagadkę.,
inne grupy fizyków, takie jak Alpha Collaboration w CERN, pracują przy znacznie niższych energiach, aby sprawdzić, czy właściwości antymaterii naprawdę są zwierciadłem ich partnerów materii. Ich najnowsze wyniki pokazują, że atom anty-wodoru (składający się z anty-protonu i anty-elektronu lub pozytonu) jest elektrycznie neutralny z dokładnością mniejszą niż jedna miliardowa ładunku elektronu., W połączeniu z innymi pomiarami implikuje to, że pozyton jest równy i przeciwny ładunkowi elektronu do więcej niż jednej części na miliard-potwierdzając to, czego oczekuje się od antymaterii.
pozostaje jednak wiele tajemnic. Eksperymenty badają również, czy grawitacja wpływa na antymaterię w taki sam sposób, jak wpływa na materię. Jeśli te dokładne symetrie zostaną złamane, będzie to wymagało fundamentalnej rewizji naszych idei dotyczących fizyki, wpływającej nie tylko na fizykę cząstek elementarnych, ale także na nasze zrozumienie grawitacji i teorii względności.,
w ten sposób eksperymenty z antymaterią pozwalają nam przełożyć nasze zrozumienie fundamentalnego działania wszechświata na nowe i ekscytujące testy. Kto wie, co znajdziemy?
Dodaj komentarz