antimaterie is het materiaal van science fiction. In het boek en de film Angels and Demons probeert Professor Langdon Vaticaanstad te redden van een antimateriebom. Star Trek ‘ s sterrenschip Enterprise gebruikt materie-antimaterie annihilatie voortstuwing voor sneller reizen dan licht.
maar antimaterie is ook de werkelijkheid. Antimateriedeeltjes zijn bijna identiek aan hun materie tegenhangers, behalve dat ze de tegenovergestelde lading dragen en draaien. Wanneer antimaterie materie ontmoet, vernietigen ze onmiddellijk in energie.,
hoewel antimateriebommen en ruimteschepen met behulp van antimaterie vergezocht zijn, zijn er nog steeds veel feiten over antimaterie die je hersencellen kietelen.
1. Antimaterie had alle materie in het heelal moeten vernietigen na de oerknal.
volgens de theorie zou de oerknal materie en antimaterie in gelijke hoeveelheden hebben gecreëerd. Als materie en antimaterie elkaar ontmoeten, vernietigen ze, en laten niets dan energie achter., Dus in principe zou niemand van ons moeten bestaan.
maar dat doen we wel. Voor zover natuurkundigen weten, is dat alleen maar omdat er uiteindelijk één extra materiedeeltje was voor elk miljard materie-antimaterieparen. Natuurkundigen zijn hard aan het werk om deze asymmetrie te verklaren.
2. Antimaterie is dichter bij je dan je denkt.
kleine hoeveelheden antimaterie regenen constant op de aarde in de vorm van kosmische stralen, energetische deeltjes uit de ruimte., Deze antimateriedeeltjes bereiken onze atmosfeer met een snelheid variërend van minder dan één per vierkante meter tot meer dan 100 per vierkante meter. Wetenschappers hebben ook bewijs gezien van antimaterieproductie boven onweersbuien.
maar andere antimateriebronnen zijn nog dichter bij huis. Bijvoorbeeld, bananen produceren antimaterie, het vrijgeven van een positron—de antimaterie equivalent van een elektron—ongeveer elke 75 minuten. Dit komt omdat bananen een kleine hoeveelheid kalium-40 bevatten, een natuurlijk voorkomende isotoop van kalium. Als kalium-40 vergaat, spuugt het af en toe een positron in het proces.,
ons lichaam bevat ook kalium-40, wat betekent dat positronen ook door u worden uitgestoten. Antimaterie vernietigt onmiddellijk bij contact met materie, dus deze antimateriedeeltjes zijn van korte duur.
3. Mensen hebben maar een kleine hoeveelheid antimaterie gemaakt.
annihilaties van antimaterie-materie kunnen een enorme hoeveelheid energie vrijgeven. Een gram antimaterie kan een explosie veroorzaken ter grootte van een atoombom., Echter, mensen hebben slechts een minuscule hoeveelheid antimaterie geproduceerd.
alle antiprotonen die ontstaan bij de Tevatron-deeltjesversneller van Fermilab zijn samen slechts 15 nanogrammen. Die gemaakt bij CERN bedragen ongeveer 1 nanogram. Bij DESY in Duitsland zijn tot op heden ongeveer 2 nanogrammen van positronen geproduceerd.
als alle antimaterie die ooit door mensen werd gemaakt in één keer werd vernietigd, zou de geproduceerde energie niet eens genoeg zijn om een kopje thee te koken.
het probleem ligt in de efficiëntie en de kosten van de productie en opslag van antimaterie., Het maken van 1 gram antimaterie zou ongeveer 25 miljoen miljard kilowattuur energie nodig hebben en kost meer dan een miljoen miljard dollar.
4. Er bestaat zoiets als een antimaterieval.
om antimaterie te bestuderen, moet u voorkomen dat antimaterie met materie wordt vernietigd. Wetenschappers hebben manieren bedacht om dat te doen.
geladen antimateriedeeltjes zoals positronen en antiprotonen kunnen worden vastgehouden in apparaten die Penningvallen worden genoemd., Deze zijn vergelijkbaar met kleine versnellers. Binnenin draaien deeltjes rond als de magnetische en elektrische velden voorkomen dat ze botsen met de wanden van de val.
maar Penningvallen werken niet op neutrale deeltjes zoals antiwaterstof. Omdat ze geen lading hebben, kunnen deze deeltjes niet worden beperkt door elektrische velden. In plaats daarvan worden ze vastgehouden in Ioffe-vallen, die werken door een ruimtegebied te creëren waar het magnetisch veld in alle richtingen groter wordt. Het deeltje komt vast te zitten in het gebied met het zwakste magnetische veld, net als een knikker die rond de bodem van een kom rolt.,
het magnetische veld van de aarde kan ook fungeren als een soort antimaterieval. Antiprotons zijn gevonden in zones rond de aarde genaamd Van Allen stralingsgordels.
5. Antimaterie kan vallen.
antimaterie-en materiedeeltjes hebben dezelfde massa, maar verschillen in eigenschappen zoals elektrische lading en spin. Het standaardmodel voorspelt dat zwaartekracht hetzelfde effect zou moeten hebben op materie en antimaterie; dit moet echter nog worden gezien., Experimenten zoals AEGIS, ALPHA en GBAR zijn hard aan het werk om erachter te komen.
het observeren van het effect van zwaartekracht op antimaterie is niet zo eenvoudig als het zien van een appel die van een boom valt. Deze experimenten moeten antimaterie in een val houden of vertragen door het af te koelen tot temperaturen net boven het absolute nulpunt. En omdat zwaartekracht de zwakste van de fundamentele krachten is, moeten natuurkundigen neutrale antimateriedeeltjes gebruiken in deze experimenten om interferentie door de krachtigere elektrische kracht te voorkomen.,
6. Antimaterie wordt bestudeerd in deeltjesvertragers.
U hebt gehoord van deeltjesversnellers, maar wist u dat er ook deeltjesvertragers waren? CERN herbergt een machine genaamd de Antiproton Decelerator, een opslagring die antiprotons kan vangen en vertragen om hun eigenschappen en gedrag te bestuderen.
in cirkelvormige deeltjesversnellers zoals de Large Hadron Collider krijgen deeltjes een kick van energie elke keer dat ze een rotatie voltooien., Vertragers werken in omgekeerde richting; in plaats van een energieboost krijgen deeltjes een trap terug om hun snelheid te vertragen.
7. Neutrino ‘ s kunnen hun eigen antideeltjes zijn.
een materiedeeltje en zijn antimateriepartner dragen tegengestelde ladingen, waardoor ze gemakkelijk te onderscheiden zijn. Neutrino ‘ s, bijna massaloze deeltjes die zelden met materie interageren, hebben geen lading., Wetenschappers geloven dat het Majorana-deeltjes kunnen zijn, een hypothetische klasse van deeltjes die hun eigen antideeltjes zijn.
projecten zoals de Majorana Demonstrator en EXO-200 zijn gericht op het bepalen of neutrino ‘ s Majorana deeltjes zijn door te zoeken naar een gedrag dat neutrinoless double-beta decay wordt genoemd.
sommige radioactieve kernen vervallen gelijktijdig, waardoor twee elektronen en twee neutrino ‘ s vrijkomen. Als neutrino ‘ s hun eigen antideeltjes waren, zouden ze elkaar vernietigen in de nasleep van het dubbele verval, en wetenschappers zouden alleen elektronen observeren.,
het vinden van Majorana neutrino ‘ s kan helpen verklaren waarom antimaterie-materie asymmetrie bestaat. Natuurkundigen veronderstellen dat Majorana neutrino ‘ s zwaar of licht kunnen zijn. De lichte bestaan vandaag, en de zware zouden pas na de oerknal hebben bestaan. Deze zware Majorana neutrino ‘ s zouden asymmetrisch vervallen zijn, wat leidde tot de kleine hoeveelheid materie die ons universum mogelijk maakte te bestaan.
8. Antimaterie wordt gebruikt in de geneeskunde.,
PET (positron emission tomography) gebruikt positronen om beelden met hoge resolutie van het lichaam te produceren. Positron-emitterende radioactieve isotopen (zoals die in bananen) zijn gehecht aan chemische stoffen zoals glucose die van nature door het lichaam worden gebruikt. Deze worden geïnjecteerd in de bloedbaan, waar ze natuurlijk worden afgebroken, het vrijgeven van positronen die voldoen aan elektronen in het lichaam en vernietigen. De annihilaties produceren gammastralen die worden gebruikt om beelden te construeren.,
wetenschappers in het ACE-project van CERN hebben antimaterie bestudeerd als potentiële kandidaat voor kankertherapie. De artsen hebben reeds ontdekt dat zij tumors met bundels van deeltjes kunnen richten die hun energie slechts na veilig door gezond weefsel zullen vrijgeven. Het gebruik van antiprotons voegt een extra uitbarsting van energie toe. De techniek werd gevonden om efficiënt in hamstercellen te zijn, maar de onderzoekers hebben nog studies in menselijke cellen uit te voeren.
9., De antimaterie die ons had moeten verhinderen te bestaan, kan nog steeds in de ruimte op de loer liggen.
een manier waarop wetenschappers het probleem van de asymmetrie van antimaterie-materie proberen op te lossen is door te zoeken naar antimaterie die overblijft van de oerknal.
De Alfa-magnetische Spectrometer is een deeltjesdetector die bovenop het internationale ruimtestation op zoek is naar deze deeltjes. AMS bevat magnetische velden die het pad van kosmische deeltjes buigen om materie van antimaterie te scheiden. Zijn detectoren beoordelen en identificeren de deeltjes terwijl ze passeren.,botsingen van kosmische stralen produceren gewoonlijk positronen en antiprotonen, maar de kans op het aanmaken van een antiheliumatoom is extreem laag vanwege de enorme hoeveelheid energie die het nodig zou hebben. Dit betekent dat de observatie van zelfs een enkele antiheliumkern sterk bewijs zou zijn voor het bestaan van een grote hoeveelheid antimaterie ergens anders in het universum.
10. Mensen bestuderen hoe ze ruimtevaartuigen met antimaterie kunnen voeden.,
slechts een handvol antimaterie kan een enorme hoeveelheid vermogen produceren, waardoor het een populaire brandstof is voor futuristische voertuigen in sciencefiction.
antimaterie raketvoortstuwing is hypothetisch mogelijk; de belangrijkste beperking is het verzamelen van genoeg antimaterie om het te laten gebeuren.
Er is momenteel geen technologie beschikbaar om antimaterie in massa te produceren of te verzamelen in het volume dat nodig is voor deze toepassing. Een klein aantal onderzoekers heeft echter simulatiestudies uitgevoerd over voortstuwing en opslag., Deze omvatten Ronan Keane en Wei-Ming Zhang, die hun werk deden aan de Western Reserve Academy en Kent State University, respectievelijk, en Marc Weber en zijn collega ‘ s aan de Washington State University. Op een dag, als we een manier vinden om grote hoeveelheden antimaterie te maken of te verzamelen, kunnen hun studies helpen om antimaterie-aangedreven interstellaire reizen werkelijkheid te maken.