αντιύλη

Εξηγούμε τι είναι η αντιύλη, πώς ανακαλύφθηκε, τις ιδιότητές της, τις διαφορές με την ύλη και πού βρίσκεται.

Η αντιύλη αποτελείται από αντιηλεκτρόνια, αντινετρόνια και αντιπρωτόνια.

Τι είναι η αντιύλη;

Στη σωματιδιακή φυσική, η αντιύλη είναι ο τύπος ύλης που αποτελείται απόαντισωματίδια, αντίσωματίδια συνήθης. Είναι λιγότερο συχνός τύπος ύλη.

Η αντιύλη μοιάζει πολύ με την κοινή ύλη, η μόνη διαφορά είναι στο ηλεκτρικό φορτίο των σωματιδίων και σε ορισμένους κβαντικούς αριθμούς. Έτσι, ένα αντιηλεκτρόνιο, που ονομάζεται επίσηςθετικόν ηλεκτρόνιο, Είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου, το οποίο έχει τις ίδιες ιδιότητες εκτός από το φορτίο που είναι θετικό. Τα αντινετρόνια, από την άλλη πλευρά, είναι ουδέτερα (όπως τα νετρόνια) αλλά οι μαγνητικές ροπές τους είναι αντίθετες. Τέλος, τα αντιπρωτόνια διαφέρουν από τα πρωτόνια στο ότι είναι αρνητικά φορτισμένα.

Αλληλεπιδρώντας, η αντιύλη και η ύλη εξαφανίζονται η μία την άλλη μετά από μερικές στιγμές, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητεςΕνέργεια με τη μορφή φωτονίων υψηλής ενέργειας (ακτίνες γάμμα) και άλλων στοιχειωδών ζευγών σωματιδίων-αντισωματιδίων.

Σε μελέτες τουφυσικός Γίνεται διάκριση μεταξύ σωματιδίων και αντισωματιδίων χρησιμοποιώντας μια οριζόντια γραμμή (μακροεντολή) πάνω από τα σύμβολα που αντιστοιχούν στοπρωτόνιο (Π),ηλεκτρόνιο (ε) καινετρόνιο (ν).

Άτομα που αποτελούνται από αντισωματίδια δεν υπάρχουν φυσικά στο φύση γιατί θα εκμηδενίζονταν με τη συνηθισμένη ύλη. Μόνο μια πολύ μικρή ποσότητα έχει δημιουργηθεί με επιτυχία σε πειράματα που στοχεύουν στο σχηματισμό αντι-ατόμων.

Ανακάλυψη αντιύλης

Ο Paul Dirac υπέθεσε θεωρητικά την ύπαρξη αντιύλης το 1928.

Η ύπαρξη της αντιύλης θεωρητικοποιήθηκε το 1928 από τον Άγγλο φυσικό Paul Dirac (1902-1984), όταν ξεκίνησε να διατυπώσει μια μαθηματική εξίσωση που συνδυάζει τις αρχές της σχετικότητα Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν και οι κβαντική φυσική από τον Niels Bohr.

Αυτή η επίπονη θεωρητική εργασία λύθηκε με επιτυχία και από εκεί βγήκε το συμπέρασμα ότι έπρεπε να υπάρχει ένα σωματίδιο ανάλογο με το ηλεκτρόνιο αλλά με θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό το πρώτο αντισωματίδιο ονομάστηκε αντιηλεκτρόνιο και είναι γνωστό σήμερα ότι η συνάντησή του με ένα συνηθισμένο ηλεκτρόνιο οδηγεί σε αμοιβαία εκμηδένιση και τη δημιουργία φωτονίων (ακτίνες γάμμα).

Επομένως, ήταν δυνατό να σκεφτούμε την ύπαρξη αντιπρωτονίων και αντινετρονίων. Η Θεωρία του Ντιράκ επιβεβαιώθηκε το 1932, όταν ανακαλύφθηκαν ποζιτρόνια στην αλληλεπίδραση μεταξύ των κοσμικών ακτίνων και της συνηθισμένης ύλης.

Από τότε έχει παρατηρηθεί η αμοιβαία εκμηδένιση ενός ηλεκτρονίου και ενός αντιηλεκτρονίου. Η συνάντησή τους αποτελεί ένα σύστημα γνωστό ως ποζιτρόνιο, ο χρόνος ημιζωής δεν υπερβαίνει ποτέ τα 10-10 ή τα 10-7 δευτερόλεπτα.

Στη συνέχεια, στον επιταχυντή σωματιδίων του Μπέρκλεϋ (Καλιφόρνια, 1955) ήταν δυνατό να παραχθούν αντιπρωτόνια και αντινετρόνια μέσω ατομικών συγκρούσεων υψηλής ενέργειας, σύμφωνα με τον τύπο του Αϊνστάιν E = m.c2 (η ενέργεια ισούται μάζα με ταχύτητα του φωτός εις το τετραγωνο).

Ομοίως, το 1995 αποκτήθηκε το πρώτο αντιάτομο χάρη στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικής Έρευνας (CERN). Αυτοί οι Ευρωπαίοι φυσικοί κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα άτομο υδρογόνου ή αντιυδρογόνου αντιύλης, που αποτελείται από ένα ποζιτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από ένα αντιπρωτόνιο.

Ιδιότητες αντιύλης

Τα άτομα ύλης και αντιύλης είναι τα ίδια, αλλά με αντίθετα ηλεκτρικά φορτία.

Πρόσφατη έρευνα για την αντιύλη δείχνει ότι είναι τόσο σταθερή όσο η συνηθισμένη ύλη. Ωστόσο, οι ηλεκτρομαγνητικές του ιδιότητες είναι αντίστροφες από αυτές της ύλης.

Δεν ήταν εύκολο να το μελετήσει κανείς σε βάθος, δεδομένου του τεράστιου χρηματικού κόστους που συνεπάγεται η παραγωγή του σε εργαστήριο (περίπου 62.500 εκατομμύρια USD ανά χιλιοστόγραμμο που δημιουργείται) και της πολύ μικρής διάρκειάς του.

Η πιο επιτυχημένη περίπτωση δημιουργίας αντιύλης στο εργαστήριο διήρκεσε περίπου 16 λεπτά. Ακόμα κι έτσι, αυτές οι πρόσφατες εμπειρίες έχουν οδηγήσει στη διαίσθηση ότι η ύλη και η αντιύλη μπορεί να μην έχουν τις ίδιες ακριβώς ιδιότητες.

Πού βρίσκεται η αντιύλη;

Αυτό είναι ένα από τα μυστήρια της αντιύλης, για το οποίο υπάρχουν πολλές πιθανές εξηγήσεις. Οι περισσότερες από τις θεωρίες για την προέλευση του σύμπαν αποδεχτείτε ότι στην αρχή υπήρχαν αναλογίες όπως η ύλη και η αντιύλη.

Ωστόσο, προς το παρόν το παρατηρήσιμο σύμπαν φαίνεται να αποτελείται αποκλειστικά από συνηθισμένη ύλη. Πιθανές εξηγήσεις για αυτήν την αλλαγή δείχνουν τις αλληλεπιδράσεις της ύλης και της αντιύλης με το σκοτεινή ύλη, ή σε μια αρχική ασυμμετρία μεταξύ της ποσότητας ύλης και αντιύλης που παράγεται κατά τη διάρκεια του μεγάλη έκρηξη.

Αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι οι φυσικές παραγωγές αντισωματιδίων λαμβάνουν χώρα στους δακτυλίους Van Allen του πλανήτη μας. Αυτοί οι δακτύλιοι βρίσκονται περίπου δύο χιλιάδες χιλιόμετρα από την επιφάνεια και αντιδρούν με αυτόν τον τρόπο όταν οι ακτίνες γάμμα χτυπούν το ατμόσφαιρα Εξωτερικός.

Αυτή η αντιύλη τείνει να συσσωρεύεται, καθώς δεν υπάρχει αρκετή συνηθισμένη ύλη σε αυτήν την περιοχή για να εξαφανιστεί και ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτός ο πόρος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την «εξαγωγή» αντιύλης.

Σε τι χρησιμεύει η αντιύλη;

Ποζιτρόνια (αντιηλεκτρόνια) χρησιμοποιούνται τώρα για αξονικές τομογραφίες.

Η αντιύλη δεν έχει ακόμη πολλές πρακτικές χρήσεις στις ανθρώπινες βιομηχανίες, λόγω του πολύ υψηλού της δικαστικά έξοδα και το απαιτητικό τεχνολογία που συνεπάγεται την παραγωγή και το χειρισμό του. Ωστόσο, ορισμένες εφαρμογές είναι ήδη πραγματικότητα.

Για παράδειγμα, πραγματοποιούνται τομογραφίες εκπομπής ποζιτρονίων (PET), οι οποίες υποδηλώνουν ότι η χρήση αντιπρωτονίων στη θεραπεία του καρκίνου είναι δυνατή και ίσως πιο αποτελεσματική από τις τρέχουσες τεχνικές πρωτονίων (ακτινοθεραπείες).

Ωστόσο, η κύρια εφαρμογή της αντιύλης είναι ως πηγή Ενέργεια. Σύμφωνα με τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, η εκμηδένιση της ύλης και της αντιύλης απελευθερώνει τόση ενέργεια που ένα κιλό ύλης/αντιύλης που εκμηδενίζεται θα ήταν δέκα δισεκατομμύρια φορές πιο παραγωγικό από οποιοδήποτε άλλο χημική αντίδραση και δέκα χιλιάδες φορές περισσότερο από την πυρηνική σχάση.

Εάν αυτές οι αντιδράσεις μπορούν να ελεγχθούν και να αξιοποιηθούν, όλες οι βιομηχανίες και ακόμη και οι μεταφορές θα αλλάξουν. Για παράδειγμα, δέκα χιλιοστόγραμμα αντιύλης θα μπορούσαν να ωθήσουν ένα διαστημόπλοιο μέχρι Άρης.

!-- GDPR -->