Antimatter er ting af science fiction. I bogen og filmen Angels and Demons forsøger Professor Langdon at redde Vatikanstaten fra en antistofbombe. Star Trek ‘ s starship Enterprise bruger materie-antimatter annihilation fremdrift til hurtigere end lys rejse.
men antimatter er også virkeligheden. Antistofpartikler er næsten identiske med deres materielle modstykker, bortset fra at de bærer den modsatte ladning og spin. Når antimaterie møder stof, udsletter de straks til energi.,mens antimatterbomber og antimatterdrevne rumskibe er fjernet, er der stadig mange fakta om antimatter, der vil kile dine hjerneceller.
1. Antimatter skulle have udslettet alt stof i universet efter big bang.
ifølge teorien skulle big bang have skabt stof og antimaterie i lige store mængder. Når materie og antimaterie mødes, udsletter de og efterlader intet andet end energi., Så i princippet bør ingen af os eksistere.
men det gør vi. Og så vidt fysikere kan fortælle, er det kun fordi der til sidst var en ekstra stofpartikel for hver milliard stof-antimatterpar. Fysikere arbejder hårdt på at forsøge at forklare denne asymmetri.
2. Antimatter er tættere på dig, end du tror.
små mængder antimatter regner konstant ned på jorden i form af kosmiske stråler, energiske partikler fra rummet., Disse antimatterpartikler når vores atmosfære med en hastighed, der spænder fra mindre end en pr. Forskere har også set tegn på antimatterproduktion over tordenvejr.
men andre antimatterkilder er endnu tættere på hjemmet. For eksempel producerer bananer antimatter, der frigiver en positron—antimatterækvivalenten af en elektron—cirka hvert 75 minut. Dette sker, fordi bananer indeholder en lille mængde kalium-40, en naturligt forekommende isotop af kalium. Som kalium-40 henfalder, det lejlighedsvis spytter en positron i processen.,
vores kroppe indeholder også kalium-40, hvilket betyder, at positroner også udsendes fra dig. Antimatter udsletter straks ved kontakt med stof, så disse antimatterpartikler er meget kortvarige.
3. Mennesker har kun skabt en lille mængde antimaterie.
antistofudslettelser har potentialet til at frigive en enorm mængde energi. Et gram antimaterie kunne producere en eksplosion på størrelse med en atombombe., Imidlertid har mennesker kun produceret en lille mængde antimaterie.
alle de antiprotoner, der er oprettet ved Fermilabs Tevatron-partikelaccelerator, tilføjer kun 15 nanogram. De foretaget på CERN beløb sig til omkring 1 nanogram. Hos DESY i Tyskland er der indtil videre produceret cirka 2 nanogram positroner.
Hvis alle antimaterie, der nogensinde er fremstillet af mennesker, blev udslettet på oncen gang, ville den producerede energi ikke engang være nok til at koge en kop te.
problemet ligger i effektiviteten og omkostningerne ved produktion og opbevaring af antimaterie., At lave 1 gram antimatter ville kræve cirka 25 millioner milliarder kilo .att-timer energi og koste over en million milliarder dollars.
4. Der er sådan en ting som en antistoffælde.
for at studere antimatter skal du forhindre det i at udslette med stof. Forskere har skabt måder at gøre netop det.ladede antimatterpartikler som positroner og antiprotoner kan holdes i enheder kaldet Penning fælder., Disse kan sammenlignes med små acceleratorer. Inde, partikler spiral rundt som de magnetiske og elektriske felter holde dem fra at kollidere med væggene i fælden.
men Penning fælder vil ikke arbejde på neutrale partikler såsom antihydrogen. Fordi de ikke har nogen ladning, kan disse partikler ikke begrænses af elektriske felter. I stedet holdes de i Ioffe fælder, som virker ved at skabe et område af rummet, hvor magnetfeltet bliver større i alle retninger. Partiklen sidder fast i området med det svageste magnetfelt, ligesom en marmor, der ruller rundt om bunden af en skål.,Jordens magnetfelt kan også fungere som en slags antistoffælde. Antiprotoner er blevet fundet i zonesoner rundt om jorden kaldet Van Allen stråling bælter.
5. Antimaterie kan falde op.
Antimatter og stofpartikler har den samme masse, men adskiller sig i egenskaber som elektrisk ladning og spin. Standardmodellen forudsiger, at tyngdekraften skal have den samme virkning på stof og antimaterie; dette er dog endnu ikke set., Eksperimenter som AEGIS, ALPHA og GBAR er hårdt på arbejde forsøger at finde ud af.
at observere tyngdekraftens virkning på antimaterie er ikke så let som at se et æble falde fra et træ. Disse eksperimenter er nødt til at holde antimaterie i en fælde eller bremse det ved at afkøle det til temperaturer lige over absolut nul. Og fordi tyngdekraften er den svageste af de grundlæggende kræfter, skal fysikere bruge neutrale antimatterpartikler i disse eksperimenter for at forhindre interferens fra den kraftigere elektriske kraft.,
6. Antimatter er undersøgt i partikel deceleratorer.
du har hørt om partikelacceleratorer, men vidste du, at der også var partikel deceleratorer? CERN huser en maskine kaldet Antiproton Decelerator, en opbevaringsring, der kan fange og bremse antiprotoner for at studere deres egenskaber og opførsel.
i cirkulære partikelacceleratorer som Large Hadron Collider får partikler et spark af energi hver gang de gennemfører en rotation., Deceleratorer arbejder omvendt; i stedet for et energiforøgelse får partikler et spark bagud for at bremse deres hastigheder.
7. Neutrinoer kan være deres egne antipartikler.
en stofpartikel og dens antimatterpartner bærer modsatte ladninger, hvilket gør dem lette at skelne mellem. Neutrinoer, næsten masseløse partikler, der sjældent interagerer med stof, har ingen afgift., Forskere mener, at de kan være Majorana partikler, en hypotetisk klasse af partikler, der er deres egne antipartikler.
projekter som Majorana Demonstrator og e .o-200 sigter mod at bestemme, om neutrinoer er Majorana-partikler ved at lede efter en opførsel kaldet neutrinoløs dobbelt-beta-henfald.
nogle radioaktive kerner forfalder samtidig, frigiver to elektroner og to neutrinoer. Hvis neutrinoer var deres egne antipartikler, ville de udslette hinanden i kølvandet på det dobbelte forfald, og forskere ville kun observere elektroner.,
at finde Majorana neutrinos kan hjælpe med at forklare, hvorfor antistof-stof asymmetri eksisterer. Fysikere antager, at Majorana neutrinos enten kan være tunge eller lette. De lette findes i dag, og de tunge ville kun have eksisteret lige efter big bang. Disse tunge Majorana-neutrinoer ville have forfaldet asymmetrisk, hvilket førte til det lille stofoverskud, der gjorde det muligt for vores univers at eksistere.
8. Antimatter anvendes i medicin.,
PET (positron emission tomography) bruger positroner til at producere billeder i høj opløsning af kroppen. Positronemitterende radioaktive isotoper (som dem, der findes i bananer) er knyttet til kemiske stoffer som glukose, der bruges naturligt af kroppen. Disse injiceres i blodbanen, hvor de naturligt nedbrydes, frigiver positroner, der møder elektroner i kroppen og udsletter. Udslettelserne producerer gammastråler, der bruges til at konstruere billeder.,
forskere på CERNs ACE-projekt har studeret antimatter som en potentiel kandidat til kræftbehandling. Læger har allerede opdaget, at de kan målrette tumorer med stråler af partikler, der kun frigiver deres energi efter sikkert at passere gennem sundt væv. Brug af antiprotoner tilføjer en ekstra udbrud af energi. Teknikken viste sig at være effektiv i hamsterceller, men forskere har endnu ikke gennemført undersøgelser i humane celler.
9., Antimateriet, der burde have forhindret os i at eksistere, lurer måske stadig i rummet.
en måde, som forskere forsøger at løse antistof-asymmetriproblemet på, er ved at kigge efter antimatter, der er tilbage fra big bang.
Alpha Magnetic Spectrometer er en partikeldetektor, der sidder på toppen af den internationale rumstation, der søger efter disse partikler. AMS indeholder magnetfelter, der bøjer kosmiske partiklers vej for at adskille stof fra antimaterie. Dens detektorer vurderer og identificerer partiklerne, når de passerer igennem.,
kosmiske strålekollisioner producerer rutinemæssigt positroner og antiprotoner, men sandsynligheden for at skabe et antiheliumatom er ekstremt lavt på grund af den enorme mængde energi, det ville kræve. Dette betyder, at observationen af selv en enkelt antiheliumkerne ville være stærkt bevis for eksistensen af en stor mængde antimatter et andet sted i universet.
10. Folk studerer faktisk, hvordan man brænder rumfartøjer med antimaterie.,
bare en håndfuld antimatter kan producere en enorm mængde strøm, hvilket gør det til et populært brændstof til futuristiske køretøjer inden for science fiction.
Antistof raketfremdrivningssystemer er hypotetisk muligt; den største begrænsning er at samle nok antistof til at gøre det ske.
Der er i øjeblikket ingen teknologi til rådighed til masseproduktion eller opsamling af antimatter i det volumen, der er nødvendigt til denne applikation. Et lille antal forskere har imidlertid gennemført simuleringsundersøgelser om fremdrift og opbevaring., Disse omfatter Ronan Keane og Wei-Ming Zhang, der gjorde deres arbejde ved Western Reserve Academy og Kent State University, henholdsvis, og Marc Weber og hans kolleger på Washington State University. En dag, hvis vi kan finde ud af en måde at skabe eller indsamle store mængder antimatter, kan deres studier hjælpe antimatterdrevne interstellare rejser til at blive en realitet.