- Was ist Antimaterie?
- Entdeckung der Antimaterie
- Antimaterie-Eigenschaften
- Wo kommt Antimaterie vor?
- Wozu dient Antimaterie?
Wir erklären, was Antimaterie ist, wie sie entdeckt wurde, ihre Eigenschaften, Unterschiede zur Materie und wo sie vorkommt.
Was ist Antimaterie?
In der Teilchenphysik ist Antimaterie die Art von Materie, die ausAntiteilchen, anstattPartikel gewöhnliche. Es ist eine weniger häufige Art von Angelegenheit.
Antimaterie ist der gewöhnlichen Materie sehr ähnlich, der einzige Unterschied besteht in der elektrische Ladung der Teilchen und in einigen Quantenzahlen. Ein Antielektron, auch genanntPositron, Es ist das Antiteilchen des Elektrons, das die gleichen Eigenschaften hat, außer der Ladung, die positiv ist. Antineutronen hingegen sind neutral (wie Neutronen), aber ihre magnetischen Momente sind entgegengesetzt. Schließlich unterscheiden sich Antiprotonen von Protonen dadurch, dass sie negativ geladen sind.
Durch die Wechselwirkung vernichten sich Antimaterie und Materie nach wenigen Augenblicken und setzen dabei riesige Mengen an . freiEnergie in Form von hochenergetischen Photonen (Gammastrahlen) und anderen Elementarteilchen-Antiteilchen-Paaren.
Im Studium vonkörperlich Die Unterscheidung zwischen Teilchen und Antiteilchen erfolgt durch einen horizontalen Balken (Makro) über den entsprechenden SymbolenProton (P),Elektron (e) undNeutron (n).
Atome, die aus Antiteilchen bestehen, existieren in der Natur nicht Natur weil sie mit gewöhnlicher Materie vernichtet würden. In Experimenten zur Bildung von Antiatomen wurde nur eine sehr kleine Menge erfolgreich hergestellt.
Entdeckung der Antimaterie
Die Existenz von Antimaterie wurde 1928 von dem englischen Physiker Paul Dirac (1902-1984) theoretisiert, als er eine mathematische Gleichung formulieren wollte, die die Prinzipien von Relativität Albert Einstein und die Quantenphysik von Niels Bohr.
Diese mühselige theoretische Arbeit wurde erfolgreich gelöst und daraus die Schlussfolgerung gezogen, dass es ein dem Elektron analoges Teilchen mit positiver elektrischer Ladung geben musste. Dieses erste Antiteilchen wurde Antielektron genannt und es ist heute bekannt, dass seine Begegnung mit einem gewöhnlichen Elektron zur gegenseitigen Annihilation 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 Annihilation eines Elektrons und eines Antielektrons beobachtet. Ihr Treffen bildet ein System, das als . bekannt ist Positronium, Halbwertszeit, die niemals 10-10 oder 10-7 Sekunden überschreitet.
Anschließend war es im Berkeley-Teilchenbeschleuniger (Kalifornien, 1955) möglich, Antiprotonen und Antineutronen durch hochenergetische Atomstöße nach Einsteins Formel von E = m.c2 (Energie gleich Masse durch Lichtgeschwindigkeit kariert).
In ähnlicher Weise wurde 1995 das erste Antiatom dank der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) erhalten. Diesen europäischen Physikern ist es gelungen, ein Antimaterie-Wasserstoff- oder Antiwasserstoffatom zu erzeugen, das aus einem Positron besteht, das ein Antiproton umkreist.
Antimaterie-Eigenschaften
Neuere Forschungen zu Antimaterie legen nahe, dass sie genauso stabil ist wie gewöhnliche Materie. Seine elektromagnetischen Eigenschaften sind jedoch denen der Materie entgegengesetzt.
Es war nicht einfach, es eingehend zu studieren, angesichts der enormen monetären Kosten, die mit seiner Herstellung im Labor verbunden sind (ca. 62.500 Millionen US-Dollar pro hergestelltem Milligramm) und seiner sehr kurzen Dauer.
Der erfolgreichste Fall der Antimaterie-Erzeugung im Labor dauerte etwa 16 Minuten. Trotzdem haben diese jüngsten Erfahrungen zu der Intuition geführt, dass Materie und Antimaterie möglicherweise nicht genau die gleichen Eigenschaften haben.
Wo kommt Antimaterie vor?
Dies ist eines der Geheimnisse der Antimaterie, für das es viele mögliche Erklärungen gibt. Die meisten Theorien über den Ursprung der Universum akzeptiere, dass sie am Anfang existierten Proportionen Ähnliches von Materie und Antimaterie.
Gegenwärtig scheint das beobachtbare Universum jedoch ausschließlich aus gewöhnlicher Materie zu bestehen. Mögliche Erklärungen für diese Veränderung weisen auf die Wechselwirkungen von Materie und Antimaterie mit dem Dunkle Materie, oder zu einer anfänglichen Asymmetrie zwischen der Menge an Materie und Antimaterie, die während der Urknall.
Was wir wissen ist, dass in den Van-Allen-Ringen unseres Planeten natürliche Antiteilchen-Produktionen stattfinden. Diese Ringe befinden sich etwa zweitausend Kilometer von der Oberfläche entfernt und reagieren auf diese Weise, wenn Gammastrahlen auf die Atmosphäre Außen.
Diese Antimaterie neigt dazu, sich zu verklumpen, da es in dieser Region nicht genug gewöhnliche Materie gibt, um sich selbst zu vernichten, und einige Wissenschaftler glauben, dass diese Ressource verwendet werden könnte, um Antimaterie zu „extrahieren“.
Wozu dient Antimaterie?
Antimaterie hat aufgrund ihres sehr hohen Kosten und die anspruchsvollen Technologie das impliziert seine Herstellung und Handhabung. Bestimmte Anwendungen sind jedoch bereits Realität.
Zum Beispiel werden Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Scans durchgeführt, was darauf hindeutet, dass der Einsatz von Antiprotonen in der Krebsbehandlung möglich und möglicherweise effektiver ist als aktuelle Protonentechniken (Radiotherapien).
Die Hauptanwendung von Antimaterie ist jedoch als Quelle von Energie. Nach Einsteins Gleichungen setzt die Vernichtung von Materie und Antimaterie so viel Energie frei, dass ein Kilo Materie/Antimaterie-Vernichtung zehn Milliarden Mal produktiver wäre als jede andere chemische Reaktion und zehntausendmal mehr als die Kernspaltung.
Wenn diese Reaktionen kontrolliert und genutzt werden können, werden sich alle Branchen und sogar das Transportwesen verändern. Zum Beispiel könnten zehn Milligramm Antimaterie ein Raumfahrzeug bis zu Mars.