Antimaterie er det ting av science fiction. I bok og film, Engler og Demoner, Professor Langdon prøver å redde Vatikanet fra en antimaterie bombe. Star Trek er starship Enterprise bruker materie-antimaterie utslettelse kjøretur ytelse for raskere enn lyset reise.
Men antimaterie er også ting av virkeligheten. Antimaterie partikler er nesten identisk med sin rolle kolleger bortsett fra at de har motsatt ladning og spinn. Når antimaterie møter rolle, de umiddelbart tilintetgjøre til energi.,
Mens antimaterie bomber og antimaterie-drevet romskip er usannsynlig, det er fortsatt mange fakta om antimaterie som vil kile dine hjerneceller.
1. Antimaterie bør ha tilintetgjort all materie i universet etter big bang.
i Henhold til teorien, big bang skulle ha opprettet materie og antimaterie i like mengder. Når materie og antimaterie møte, de tilintetgjøre, og ingenting etterlates men energien bak., Så i prinsippet er det ingen av oss bør eksistere.
Men vi gjør. Og så langt som fysikere kan fortelle, er det bare fordi, i slutten, det var en ekstra saken partikkel for hver milliarder materie-antimaterie par. Fysikere er hardt arbeid å prøve å forklare asymmetrien.
2. Antimaterie er nærmere deg enn du tror.
Små mengder av antimaterie stadig regn ned på Jorden i form av kosmiske stråler, energetiske partikler fra verdensrommet., Disse antimaterie partikler nå vår atmosfære med en hastighet som varierer fra mindre enn én per kvadratmeter til mer enn 100 per kvadratmeter. Forskere har også sett tegn på antimaterie produksjon over tordenvær.
Men andre antimaterie kilder er enda nærmere hjemme. For eksempel, bananer produsere antimaterie, og slipper ut et positron—det antimaterie tilsvarende av et elektron—om hver 75 minutter. Dette skjer fordi bananer inneholder en liten mengde av kalium-40, en naturlig forekommende isotop av kalium. Som kalium-40 forfaller, det innimellom spytter ut et positron i prosessen.,
Våre kropper inneholder også kalium-40, som betyr positrons er som slippes ut fra deg, også. Antimaterie annihilates umiddelbart ved kontakt med saken, så disse antimaterie partikler er svært kortvarig.
3. Mennesker har skapt bare en liten del av antimaterie.
Antimaterie-saken annihilations har potensial til å utløse en enorm mengde energi. Et gram antimaterie kan føre til en eksplosjon størrelsen av en atombombe., Men mennesker har produsert bare en minimale mengden av antimaterie.
Alle av antiprotons opprettet ved Fermilab er Tevatron partikkel-akselerator legge opp til kun 15 nanogram. De som er laget ved CERN i sveits beløpe seg til ca 1 nanogram. Ved DESY i Tyskland, ca 2 nanogram av positrons har blitt produsert til dags dato.
Hvis alle antimaterie som noensinne er laget av mennesker ble tilintetgjort på en gang, energi produsert selv ikke ville være nok til å koke en kopp kaffe.
problemet ligger i effektivitet og kostnader av antimaterie produksjon og lagring., Å lage 1 gram antimaterie ville kreve ca 25 millioner milliarder kilowattimer energi og koster over en million milliarder dollar.
4. Det er en slik ting som en antimaterie felle.
for Å studere antimaterie, du trenger for å hindre den fra å tilintetgjøre med saken. Forskere har opprettet måter å gjøre nettopp det.
Belastet antimaterie partikler, for eksempel positrons og antiprotons kan bli holdt i enheter kalt Penning feller., Disse er sammenlignbare med små aktiviteter. Inne, partikler spiral rundt som den magnetiske og elektriske felt holde dem fra å kollidere med vegger av fellen.
Men Penning feller ikke vil fungere på nøytrale partikler, for eksempel antihydrogen. Fordi de har ingen ladning, disse partiklene kan ikke være begrenset av elektriske felt. I stedet, de holdes i Ioffe feller, som virker ved å skape en region av plass hvor det magnetiske feltet blir større i alle retninger. Partikkelen blir sittende fast i området med de svakeste magnetiske felt, mye som en marmor rullende rundt i bunnen av en bolle.,
Jordens magnetfelt kan også fungere som en slags antimaterie felle. Antiprotons har blitt funnet i soner rundt Jorden kalt Van Allen-stråling belter.
5. Antimaterie kan falle opp.
Antimaterie og materie partikler har samme masse, men har forskjellige egenskaper, slik som elektrisk ladning og spinn. Standard-Modellen forutsier at tyngdekraften burde ha samme effekt på materie og antimaterie, men denne har ennå å bli sett., Eksperimenter som AEGIS, ALFA og GBAR er hardt arbeid å prøve å finne ut.
Observere tyngdekraften effekt på antimaterie er ikke fullt så enkelt som å se på et eple falle fra et tre. Disse eksperimentene må holde antimaterie i en felle eller roe det ned ved å kjøle den ned til temperaturer like over absolutt null. Og fordi tyngdekraften er den svakeste av de fundamentale kreftene, fysikere må bruke nøytrale antimaterie partikler i disse eksperimentene, for å unngå interferens med mer kraftig elektrisk kraft.,
6. Antimaterie er studert i partikkel decelerators.
Du har hørt av partikkel-akseleratorer, men visste du at det også var partikkel decelerators? CERN huser en maskin kalt Antiproton Decelerator, lagring ring som kan fange opp og sakte antiprotons for å studere deres egenskaper og oppførsel.
I sirkulære partikkel aktiviteter som Large Hadron Collider, partikler få et kick av energi hver gang de fullføre en rotasjon., Decelerators arbeid i omvendt; i stedet for en energi boost, partikler få et spark bakover for å bremse hastigheter.
7. Neutrinos kan være sin egen antiparticles.
Et spørsmål partikkel og dens antimaterie partner bære motsatte ladninger, noe som gjør dem enkle å skille. Neutrinos, nesten massless partikler som sjelden samhandle med saken, har ingen ladning., Forskere tror at de kan være Majorana partikler, en hypotetisk klasse av partikler som er deres egen antiparticles.
slike Prosjekter som Majorana Demonstrator og EXO-200 er myntet på å avgjøre om neutrinos er Majorana partikler ved å se etter en atferd som kalles neutrinoless dobbel-beta forfall.
Noen radioaktive kjerner samtidig forfall, og slipper to elektroner og to neutrinos. Hvis neutrinos var deres egne antiparticles, de ville tilintetgjøre hverandre i kjølvannet av den doble forfall, og forskerne ville observere bare elektroner.,
Finne Majorana neutrinos kan bidra til å forklare hvorfor antimaterie-saken asymmetri som eksisterer. Fysikere hypoteser som Majorana neutrinos kan enten være tung eller lett. Lyset de eksisterer i dag, og den tunge, de ville bare ha eksistert rett etter big bang. Disse tunge Majorana neutrinos ville ha forfalt asymmetrisk, noe som fører til den lille saken utover det som er tillatt vårt univers eksisterer.
8. Antimaterie er brukt i medisinen.,
PET (positron emisjon tomografi) bruker positrons å produsere bilder med høy oppløsning av kroppen. Positron-emitting radioaktive isotoper (slik som de som finnes i bananer) er knyttet til kjemiske stoffer, slik som glukose som er brukt naturlig av kroppen. Disse er injiseres inn i blodet, hvor de er naturlig brutt ned, og slipper positrons som oppfyller elektroner i kroppen og tilintetgjøre. Den annihilations produsere gamma-stråling som er brukt for å konstruere bilder.,
Forskere på CERN ESS-prosjektet har studert antimaterie som en potensiell kandidat for kreftbehandling. Leger har allerede oppdaget at de kan målrette svulster med bjelker av partikler som vil frigjøre sin energi kun etter at du trygt passerer gjennom sunt vev. Ved hjelp av antiprotons legger til en ekstra utbrudd av energi. Teknikken ble funnet å være effektive i hamster celler, men forskerne har ennå til å gjennomføre studier i humane celler.
9., Det antimaterie som burde ha hindret oss fra eksisterende kan fortsatt være lurking i verdensrommet.
En måte som forskere forsøker å løse den antimaterie-saken asymmetri problemet ved å se etter antimaterie igjen fra big bang.
Alpha Magnetic Spectrometer er en partikkeldetektor som sitter på toppen av den Internasjonale romstasjonen som søker etter disse partiklene. AMS inneholder magnetiske felt som bøyer banen av kosmiske partikler til å skille sak fra antimaterie. Dens detektorer vurdere og identifisere partikler som de passerer gjennom.,
Kosmiske stråler kolliderer rutinemessig produsere positrons og antiprotons, men sannsynligheten for å opprette en antihelium atom er svært lave på grunn av den enorme mengden energi det ville kreve. Dette betyr at observasjonen av en eneste antihelium kjernen ville være sterke bevis for eksistensen av en stor mengde antimaterie et annet sted i universet.
10. Folk er faktisk studere hvordan drivstoff romfartøy med antimaterie.,
Bare en håndfull av antimaterie kan produsere en stor mengde strøm, noe som gjør det til et populært drivstoff for futuristiske kjøretøy i science fiction.
Antimaterie rakett fremdrift er hypotetisk mulig; den store begrensningen er å samle nok antimaterie til å gjøre det skje.
Det er for øyeblikket ingen teknologi som er tilgjengelig for å masse-produsere eller samle antimaterie i volumet som trengs for dette programmet. Men et lite antall forskere har gjennomført simulering studier på fremdrift og lagring., Disse inkluderer Ronan Keane og Wei-Ming Zhang, som gjorde sitt arbeid på Western Reserve Academy og Kent State University, henholdsvis, og Marc Weber og hans kolleger ved Washington State University. En dag, hvis vi kan finne ut en måte å lage eller samle inn store mengder av antimaterie, deres studier kan hjelpe antimaterie-drevet interstellare reiser kan bli en realitet.