Antymateria |
|
Wprowadzenie
Anihilacja
Instytucje |
---|
ALPHA Collaboration · ATHENA · ATRAP ·
CERN
· RHIC |
|
|
Antymateria – układ antycząstek. Antycząstki to
cząstki elementarne
podobne do występujących w zwykłej
materii
(koinomaterii), ale o przeciwnym znaku
ładunku elektrycznego
oraz wszystkich addytywnych
liczb kwantowych
(np.
izospinu
,
dziwności
,
liczby barionowej
itp).
W momencie kontaktu antymaterii z materią (zwykłą) obie ulegają
anihilacji
.
Energia
związana z
masą spoczynkową
anihilujących cząstek ulega przy tym zamianie na energię
promieniowania elektromagnetycznego
lub
energię kinetyczną
lżejszych cząstek.
Historia
W
1928
roku
Paul Dirac
wprowadził relatywistyczne równanie
elektronu
nazwane później
równaniem Diraca
. Z rozwiązania tego równania wynikało, że powinna istnieć cząstka przeciwna do elektronu. Cząstkę tę, zwaną obecnie
pozytonem
, zaobserwował w
1932
roku
Carl David Anderson
.
Obecnie
Model Standardowy
zakłada, że każda cząstka ma antycząstkę, która ma masę równą masie cząstki, a jej liczby kwantowe mają znak przeciwny do l.k. cząstki. Niektóre cząstki (np.
foton
) są swoimi własnymi antycząstkami.
Wytwarzanie antymaterii
Możliwe jest wytwarzanie śladowych ilości antymaterii poprzez zderzanie cząstek rozpędzonych w
akceleratorach
. W wyniku reakcji jądrowych mogą powstawać antycząstki. W ten sposób udało się otrzymać m.in.
antyprotony
,
antyneutrony
,
pozytony
(antyelektrony), atomy
antywodoru
i jądra antydeuteru, antytrytu i antyhelu.
Antycząstki powstają również w warunkach naturalnych. Przykładem może być kreacja par przez kwanty
gamma
z
promieniowania kosmicznego
oddziałujące z materią atmosfery.
Antymateria we wszechświecie
Interesującym zagadnieniem jest ewentualna obecność naturalnych skupisk antymaterii we wszechświecie. Symetria pomiędzy zwykłą materią (koinomaterią) i antymaterią w naturalny sposób rodzi hipotezę, że wszechświat powinien zawierać je w jednakowej ilości.
Poszukiwanie kosmicznej antymaterii jest utrudnione przez równość mas cząstek i antycząstek oraz symetrię
oddziaływań elektromagnetycznych
ze względu na
transformację C
(zamianę cząstek na antycząstki). Powodują one, że obserwacje promieniowania elektromagnetycznego i oddziaływania grawitacyjnego odległego obiektu nie pozwalają na określenie czy jest on zbudowany z koinomaterii, czy z antymaterii.
Z bezpośrednich obserwacji wiemy, że cały
układ słoneczny
i jego najbliższe otoczenie zbudowane są ze zwykłej materii. Analiza pierwotnego
promieniowania kosmicznego
pokazuje, że jest to prawdą również dla odleglejszych obiektów. W zakresie energii pomiędzy 1
GeV
a 50 GeV antyprotony stanowią mniej niż 0,01% docierających do Ziemi cząstek pierwotnego promieniowania kosmicznego, a ich liczba i rozkład energii są zgodne z obliczeniami przeprowadzonymi przy założeniu, że są one cząstkami wtórnymi, produktami zderzeń pierwotnego promieniowania z cząsteczkami
gazu międzygwiazdowego
[1]. Wynika z tego, że całe pierwotne promieniowanie kosmiczne w zakresie średnich energii składa się z koinomaterii, co wskazuje, że obiekty je emitujące również są z koinomaterii zbudowane.
Dla promieni kosmicznych o bardzo wysokich energiach (pochodzących w większości spoza naszej
galaktyki
) identyfikacja antyprotonów jest znacznie trudniejsza. Dysponujemy jednak wynikami pomiarów wskazujących, że i w tym zakresie energii protony stanowią, jeżeli nie całość, to przynajmniej znaczną większość cząstek[2]. Pokazuje to, że także w
Grupie Lokalnej
i innych pobliskich
gromadach galaktyk
koinomateria jest w przewadze.
Pośrednim argumentem za tym, że cały obserwowany wszechświat jest zbudowany ze zwykłej materii, są negatywne próby zaobserwowania promieniowania powstającego podczas
anihilacji
koinomaterii i antymaterii. Gdyby we wszechświecie istniały duże skupiska antymaterii, musiałyby też istnieć obszary graniczne, gdzie zwykła materia wyrzucona z galaktyk spotykałaby się z antymaterią wyrzuconą z „antygalaktyk” i dochodziłoby do anihilacji i uwolnienia znacznych energii w postaci promieniowania. Promieniowania takiego jednak nie obserwujemy, co świadczy, że obserwowany wszechświat nie zawiera znaczących obszarów zbudowanych z antymaterii[3].
Tak więc, według aktualnego stanu wiedzy, wszechświat wydaje się być niesymetryczny, zawierać więcej
barionów
niż antybarionów. Większość uczonych skłania się ku hipotezie, że asymetria ta została wytworzona na bardzo wczesnym etapie życia wszechświata (krótko po
Wielkim Wybuchu
) w procesie zwanym
bariogenezą
.
Linki zewnętrzne
Przypisy
- ↑ A.S.Beach et al., Measurement of the Cosmic-Ray Antiproton to Proton Abundance Ratio between 4 and 50 GeV, Phys.Rev.Lett. 87 (2001) 271101, DOI:
10.1103/PhysRevLett.87.271101
,
arXiv
:
astro-ph/0111094
(
ang.
)
- ↑ Tibet AS Gamma Collaboration: M. Amenomori, et al., Astroparticle Physics, Vol. 28 issue 1 (2007) 137, DOI:
10.1016/j.astropartphys.2007.05.002
,
arXiv
:
0707.3326v1
(
ang.
)
- ↑ A.G. Cohen, A de Rújula, S.L. Glashow, A Matter-Antimatter Universe?, Astrophys.J. 495 (1998) 539, DOI:
10.1086/305328
,
arXiv
:
astro-ph/9707087
(
ang.
)