Antymateria

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
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].

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.

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.)