Antimaterie
Wir erklären Ihnen, was Antimaterie ist, wie sie entdeckt wurde, ihre Eigenschaften, Unterschiede zur Materie und wo sie gefunden wird.
Was ist Antimaterie?
In der Teilchenphysik wird die Art von Materie, die aus Antiteilchen besteht, eher als Antimaterie als als gewöhnliche Teilchen bezeichnet. Das heißt, es ist eine weniger häufige Art von Materie.
Es ist von der gewöhnlichen Materie nicht zu unterscheiden, aber seine Atome bestehen aus Antielektronen (Elektronen mit positiver Ladung, Positronen genannt ), Antineutronen (Neutronen mit entgegengesetztem magnetischen Moment) und Antiprotonen (Protonen mit negativer Ladung) ), verkehrt herum von gewöhnlichen Atomen.
Antimaterie und Materie vernichten sich nach wenigen Augenblicken und setzen riesige Energiemengen frei, die als hochenergetische Photonen (Gammastrahlen) und andere Paare von Elementarteilchen ausgedrückt werden. - cula-antipart cula. Daher müssen sie in verschiedenen Räumen nebeneinander existieren.
In Physikstudien wird zwischen Partikeln und Antiteilchen unterschieden, indem ein horizontaler Balken (Makro) auf den Symbolen verwendet wird, die dem Proton (p) Elektron entsprechen (e) und Neutron (n). In ähnlicher Weise werden Antimaterieatome mit demselben chemischen Symbol gemäß derselben Makroregel ausgedrückt.
Zusätzlich: Atommodelle
Entdeckung der Antimaterie
Die Existenz von Antimaterie wurde 1928 vom englischen Physiker Paul Dirac (1902-1984) theoretisiert, als vorgeschlagen wurde, eine mathematische Gleichung zu formulieren, die die Relativitätsprinzipien von Albert Einstein und die der Quantenphysik von Niels Bohr kombinierte.
Diese mühsame theoretische Arbeit wurde erfolgreich gelöst und daraus die Schlussfolgerung gezogen, dass es ein Teilchen analog zum Elektron geben musste, das jedoch eine positive elektrische Ladung aufwies . Dieses erste Antiteilchen hieß Antielektron und es ist heute bekannt, dass seine Begegnung mit einem gewöhnlichen Elektron zur gegenseitigen Vernichtung und zur Erzeugung von Photonen (Gammastrahlen) führt.
Daher war es möglich, über die Existenz von Antiprotonen und Antineutronen nachzudenken. Diracs Theorie wurde 1932 bestätigt, als Positronen in der Wechselwirkung zwischen kosmischer Strahlung und gewöhnlicher Materie entdeckt wurden.
Seitdem wurde die gegenseitige Vernichtung von Elektron und Antielektron beobachtet. Ihre Begegnung stellt ein System dar, das als Positronium bekannt ist und dessen Halbwertszeit niemals 10 -10 oder 10 -7 Sekunden überschreitet.
Am Teilchenbeschleuniger in Berkeley, Kalifornien, war es 1955 möglich, durch hochenergetische Atomkollisionen Antiprotonen und Antineutronen nach Einsteins Formel E = mc 2 (Energie entspricht Masse mal Lichtgeschwindigkeit) herzustellen quadriert).
In ähnlicher Weise wurde 1995 das erste Anti-Atom dank der European Nuclear Research Organization (CERN) erhalten. Diesen europäischen Physikern ist es gelungen, ein Atom aus Wasserstoff-Antimaterie oder Antiwasserstoff zu erzeugen, das aus einem Positron besteht, das ein Antiproton umkreist.
Eigenschaften von Antimaterie
Neuere Forschungen über Antimaterie legen nahe, dass es sich um eine so stabile Angelegenheit handelt wie gewöhnlich. Seine elektromagnetischen Eigenschaften sind jedoch umgekehrt zu denen der Materie .
Angesichts der enormen Kosten seiner Herstellung im Labor (etwa 62, 5 Milliarden US-Dollar pro Milligramm) und der sehr kurzen Dauer war es nicht einfach, sich eingehend damit zu befassen.
Der erfolgreichste Fall der Antimaterieerzeugung im Labor dauerte etwa 16 Minuten . Diese jüngsten Erfahrungen haben es uns jedoch ermöglicht, zu verstehen, dass Materie und Antimaterie möglicherweise nicht dieselben genauen Eigenschaften haben.
Wo ist Antimaterie?
Dies ist eines der Geheimnisse der Antimaterie, für die es viele mögliche Erklärungen gibt. Die meisten Theorien über den Ursprung des Universums gehen davon aus, dass es zunächst ähnliche Anteile von Materie und Antimaterie gab .
Gegenwärtig scheint das beobachtbare Universum jedoch nur aus gewöhnlicher Materie zusammengesetzt zu sein . Mögliche Erklärungen für diesen Wechsel deuten auf die Wechselwirkungen von Materie und Antimaterie mit dunkler Materie oder auf eine anfängliche Asymmetrie zwischen der Menge an Materie und Antimaterie hin, die während des Urknalls erzeugt wurde.
Was wir wissen, ist, dass in den Van-Allen-Ringen unseres Planeten natürliche Produktionen von Antiteilchen durchgeführt werden . Diese Ringe sind etwa zweitausend Kilometer von der Oberfläche entfernt und reagieren auf diese Weise, wenn die Gammastrahlen auf die Außenatmosphäre treffen.
Solche Antimaterie neigt dazu, sich zu gruppieren, da es in dieser Region nicht genug gewöhnliche Materie gibt, um sie zu vernichten, und einige Wissenschaftler glauben, dass eine solche Ressource zur Gewinnung von Antimaterie verwendet werden könnte.
Wofür ist Antimaterie gut?
Antimaterie hat aufgrund ihrer hohen Kosten und der anspruchsvollen Technologie, die ihre Herstellung und Handhabung umfasst, noch nicht zu viele praktische Anwendungen in der Humanindustrie. Bestimmte Anwendungen sind jedoch bereits Realität.
Beispielsweise wird eine Positronenemissionstomographie (PET) durchgeführt, die nahe legt, dass die Verwendung von Antiprotonen bei der Behandlung von Krebs möglich und möglicherweise wirksamer ist als Aktuelle Techniken mit Protonen (Strahlentherapie).
Die Hauptanwendung von Antimaterie wäre jedoch die Energiequelle . Nach Einsteins Gleichungen setzt die Vernichtung von Materie und Antimaterie so viel Energie frei, dass ein Kilo Materie / Antimaterie zehn Milliarden Mal produktiver wäre als jede chemische Reaktion und zehntausendmal mehr als die Kernphysik.
Wenn diese Reaktionen kontrolliert und ausgenutzt werden, werden alle Branchen und sogar der Verkehr verändert. Zum Beispiel könnte mit zehn Milligramm Antimaterie ein Raumschiff zum Mars befördert werden.
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