Antymateria

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Antymateria
Particles and antiparticles.svg
Wprowadzenie
Anihilacja
Antycząstki
Antycząstka
PozytonAntyprotonAntyneutronAntykwark
Znani uczeni
Paul DiracCarl David AndersonAndriej Sacharow

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[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

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 wiadomo, 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].

Według aktualnego stanu wiedzy, Wszechświat wydaje się niesymetryczny i zawiera 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.

Przypisy

  1. 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.)
  2. 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.)
  3. 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.)