antimateria är saker av science fiction. I boken och filmen änglar och demoner, Professor Langdon försöker rädda Vatikanstaten från en antimateria bomb. Star Trek ’ s starship Enterprise använder materia-antimateria förintelse framdrivning för snabbare än ljus resor.
men antimateria är också verklighetens saker. Antimateria partiklar är nästan identiska med deras Materia motsvarigheter förutom att de bär motsatt laddning och spinn. När antimateria möter Materia, förintar de omedelbart till energi.,
medan antimateriabomber och antimateriadrivna rymdskepp är långsökt, finns det fortfarande många fakta om antimateria som kommer att kittla dina hjärnceller.
1. Antimateria borde ha förintat all materia i universum efter big bang.
enligt teorin borde big bang ha skapat Materia och antimateria i lika stora mängder. När Materia och antimateria möts, förintar de och lämnar ingenting annat än energi bakom sig., Så i princip borde ingen av oss existera.
men det gör vi. Och såvitt fysiker kan se är det bara för att det i slutändan fanns en extra materiapartikel för varje miljard Materia-antimateriapar. Fysiker är hårt på jobbet och försöker förklara denna asymmetri.
2. Antimateria är närmare dig än du tror.
små mängder antimateria regnar ständigt ner på jorden i form av kosmiska strålar, energiska partiklar från rymden., Dessa antimateria partiklar når vår atmosfär med en hastighet som sträcker sig från mindre än en per kvadratmeter till mer än 100 per kvadratmeter. Forskare har också sett bevis på antimateriaproduktion över åskväder.
men andra antimateriakällor är ännu närmare hemmet. Till exempel producerar bananer antimateria och frigör en positron—antimateriaekvivalenten av en elektron-ungefär var 75: e minut. Detta beror på att bananer innehåller en liten mängd kalium-40, en naturligt förekommande isotop av kalium. Som kalium-40 sönderfaller det ibland en positron i processen.,
våra kroppar innehåller också kalium-40, vilket innebär att positroner släpps ut från dig också. Antimateria förintar omedelbart vid kontakt med materia, så dessa antimateria partiklar är mycket kortlivade.
3. Människor har bara skapat en liten mängd antimateria.
antimateria förintelse har potential att frigöra en stor mängd energi. Ett gram antimateria kan producera en explosion som är lika stor som en atombomb., Men människor har bara producerat en minuskulär mängd antimateria.
alla antiprotoner som skapats vid Fermilabs partikelaccelerator Tevatron lägger till upp till endast 15 nanogram. De som gjordes på CERN uppgår till ca 1 nanogram. Vid DESY i Tyskland har cirka 2 nanogram positroner producerats hittills.
om alla antimateria som någonsin gjorts av människor förintades på en gång, skulle den energi som produceras inte ens räcka för att koka en kopp te.
problemet ligger i effektiviteten och kostnaden för antimateriaproduktion och lagring., Att göra 1 gram antimateria skulle kräva cirka 25 miljoner miljarder kilowattimmar energi och kosta över en miljon miljarder dollar.
4. Det finns en sådan sak som en antimateriafälla.
för att studera antimateria måste du förhindra att den förintas med materia. Forskare har skapat sätt att göra just det.
laddade antimateria partiklar såsom positroner och antiprotoner kan hållas i enheter som kallas Penning fällor., Dessa är jämförbara med små acceleratorer. Inuti, partiklar spiral runt som magnetiska och elektriska fält hålla dem från att kollidera med väggarna i fällan.
men Penning fällor fungerar inte på neutrala partiklar som antiväte. Eftersom de inte har någon laddning kan dessa partiklar inte begränsas av elektriska fält. Istället hålls de i Ioffe fällor, som fungerar genom att skapa en region av utrymme där magnetfältet blir större i alla riktningar. Partikeln fastnar i området med det svagaste magnetfältet, ungefär som en marmor som rullar runt botten av en skål.,
jordens magnetfält kan också fungera som en slags antimaterialfälla. Antiprotoner har hittats i zoner runt jorden som kallas Van Allen strålningsbälten.
5. Antimateria kan falla upp.
Antimateriapartiklar och materiapartiklar har samma massa men skiljer sig åt i egenskaper som elektrisk laddning och spinning. Standardmodellen förutspår att gravitationen ska ha samma effekt på Materia och antimateria; detta har dock ännu inte sett., Experiment som BESKYDD, ALPHA och GBAR är hårt arbete att försöka hitta ut.
att observera gravitationens effekt på antimateria är inte lika lätt som att titta på ett äppelfall från ett träd. Dessa experiment måste hålla antimateria i en fälla eller sakta ner det genom att kyla det till temperaturer strax över absolut noll. Och eftersom gravitationen är den svagaste av de grundläggande krafterna måste fysiker använda neutrala antimateria partiklar i dessa experiment för att förhindra störningar av den kraftfullare elektriska kraften.,
6. Antimateria studeras i partikeldeceleratorer.
du har hört talas om partikelacceleratorer, men visste du att det också fanns partikelacceleratorer? CERN rymmer en maskin som kallas Antiproton Decelerator, en lagringsring som kan fånga och långsamma antiprotoner för att studera deras egenskaper och beteende.
i cirkulära partikelacceleratorer som den stora Hadronkollidern får partiklar en spark av energi varje gång de slutför en rotation., Decelerators arbetar i omvänd; istället för en energiökning får partiklar en spark bakåt för att sakta ner sina hastigheter.
7. Neutriner kan vara deras egna antipartiklar.
en materiapartikel och dess antimateriapartner bär motsatta laddningar, vilket gör dem lätta att skilja. Neutriner, nästan masslösa partiklar som sällan interagerar med Materia, har ingen laddning., Forskare tror att de kan vara Majorana partiklar, en hypotetisk klass av partiklar som är sina egna antipartiklar.
– Projekt som Majorana Demonstrator och EXO-200 syftar till att avgöra om neutriner är Majorana partiklar genom att leta efter ett beteende kallas neutrinoless dubbla betasönderfallet.
vissa radioaktiva kärnor sönderfaller samtidigt och släpper ut två elektroner och två neutriner. Om neutriner var deras egna antipartiklar skulle de förinta varandra i efterdyningarna av det dubbla sönderfallet, och forskare skulle bara observera elektroner.,
att hitta Majorana neutriner kan hjälpa till att förklara varför antimateria asymmetri existerar. Fysiker hypoteser att Majorana neutriner kan antingen vara tunga eller lätta. De lätta finns idag, och de tunga skulle bara ha existerat strax efter big bang. Dessa tunga Majorana neutriner skulle ha förfallit asymmetriskt, vilket ledde till det lilla materiaöverskottet som gjorde det möjligt för vårt universum att existera.
8. Antimateria används i medicin.,
PET (positron emission tomography) använder positroner för att producera högupplösta bilder av kroppen. Positronemitterande radioaktiva isotoper (som de som finns i bananer) är kopplade till kemiska ämnen som glukos som används naturligt av kroppen. Dessa injiceras i blodomloppet, där de naturligt bryts ner, frigör positroner som möter elektroner i kroppen och förintar. Förintelsen producerar gammastrålar som används för att konstruera bilder.,
forskare på CERNs ACE-projekt har studerat antimateria som en potentiell kandidat för cancerterapi. Läkare har redan upptäckt att de kan rikta tumörer med partikelstrålar som släpper ut sin energi först efter att de säkert passerar genom frisk vävnad. Använda antiprotoner lägger till en extra explosion av energi. Tekniken visade sig vara effektiv i hamsterceller, men forskare har ännu inte genomfört studier i mänskliga celler.
9., Antimaterian som borde ha hindrat oss från att existera kanske fortfarande lurar i rymden.
ett sätt att forskare försöker lösa problemet med antimateria asymmetri är genom att leta efter antimateria kvar från big bang.
den Alfamagnetiska spektrometern är en partikeldetektor som sitter ovanpå den internationella rymdstationen som söker efter dessa partiklar. AMS innehåller magnetfält som böjer kosmiska partiklars väg för att skilja materia från antimateria. Dess detektorer bedömer och identifierar partiklarna när de passerar genom.,
kosmiska strålkollisioner producerar rutinmässigt positroner och antiprotoner, men sannolikheten att skapa en antiheliumatom är extremt låg på grund av den enorma mängd energi det skulle kräva. Detta innebär observation av även en enda antiheliumkärna skulle vara starka bevis för förekomsten av en stor mängd antimateria någon annanstans i universum.
10. Människor studerar faktiskt hur man bränsle rymdfarkoster med antimateria.,
bara en handfull antimateria kan producera en stor mängd kraft, vilket gör det till ett populärt bränsle för futuristiska fordon i science fiction.
antimateria-raketframdrivning är hypotetiskt möjlig; den stora begränsningen samlar tillräckligt med antimateria för att få det att hända.
det finns för närvarande ingen teknik tillgänglig för massproducera eller samla antimateria i den volym som behövs för denna ansökan. Ett litet antal forskare har dock genomfört simuleringsstudier om framdrivning och lagring., Dessa inkluderar Ronan Keane och Wei Zhang Ming, som gjorde sitt arbete på Western Reserve Academy och Kent State University, respektive, och Marc Weber och hans kollegor vid Washington State University. En dag, om vi kan räkna ut ett sätt att skapa eller samla in stora mängder antimateria, kan deras studier hjälpa antimateriadrivna interstellära resor att bli verklighet.