Vi forklarer, hvad antistof er, hvordan det blev opdaget, dets egenskaber, forskelle med stof og hvor det findes.
Hvad er antistof?
I partikelfysik er antistof den type stof, der består afantipartikler, i stedet forpartikler almindelig. Det er en mindre hyppig type stof.
Antistof er meget lig almindeligt stof, den eneste forskel er i elektrisk ladning af partiklerne og i nogle kvantetal. Altså en antielektron, også kaldetpositron, Det er elektronens antipartikel, som har de samme egenskaber undtagen ladningen, som er positiv. Antineutroner er på den anden side neutrale (ligesom neutroner), men deres magnetiske momenter er modsatte. Endelig adskiller antiprotoner sig fra protoner ved, at de er negativt ladede.
Ved at interagere udsletter antistof og stof hinanden efter få øjeblikke og frigiver enorme mængder afEnergi i form af højenergifotoner (gammastråler) og andre elementærpartikel-antipartikel-par.
I undersøgelser affysisk Der skelnes mellem partikler og antipartikler ved hjælp af en vandret streg (makro) over symbolerne svarende tilproton (p),elektron (e) ogneutron (n).
Atomer, der består af antipartikler, findes ikke naturligt i natur fordi de ville blive udslettet med almindeligt stof. Kun en meget lille mængde er med succes blevet skabt i eksperimenter rettet mod dannelsen af anti-atomer.
Opdagelse af antistof
Eksistensen af antistof blev teoretiseret i 1928 af den engelske fysiker Paul Dirac (1902-1984), da han satte sig for at formulere en matematisk ligning, der kombinerede principperne for antistof. relativitetsteori Albert Einstein og kvantefysik af Niels Bohr.
Dette besværlige teoretiske arbejde blev løst med succes, og derfra blev konklusionen opnået, at der skulle være en partikel analog med elektronen, men med en positiv elektrisk ladning. Denne første antipartikel blev kaldt antielektron, og man ved i dag, at dens møde med en almindelig elektron fører til gensidig udslettelse og dannelse af fotoner (gammastråler).
Derfor var det muligt at tænke på eksistensen af antiprotoner og antineutroner. Diracs teori blev bekræftet i 1932, da positroner blev opdaget i samspillet mellem kosmiske stråler og almindeligt stof.
Siden da er den gensidige udslettelse af en elektron og en antielektron blevet observeret. Deres møde udgør et system kendt som positronium, halveringstid aldrig over 10-10 eller 10-7 sekunder.
Efterfølgende var det i Berkeley-partikelacceleratoren (Californien, 1955) muligt at producere antiprotoner og antineutroner gennem højenergi-atomare kollisioner, efter Einsteins formel om E = m.c2 (energi er lig masse ved lysets hastighed firkantet).
Tilsvarende blev det første antiatom opnået i 1995 takket være Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning (CERN). Disse europæiske fysikere formåede at skabe et antistof-brint- eller antihydrogenatom, der består af en positron, der kredser om en antiproton.
Antistof egenskaber
Nyere forskning om antistof tyder på, at det er lige så stabilt som almindeligt stof. Imidlertid er dens elektromagnetiske egenskaber omvendte til stoffets.
Det var ikke let at studere det i dybden på grund af de enorme økonomiske omkostninger, der er forbundet med dets produktion i et laboratorium (ca. USD 62.500 millioner pr. milligram skabt) og dets meget korte varighed.
Det mest succesrige tilfælde af skabelse af antistof i laboratoriet varede omkring 16 minutter. Alligevel har disse nylige erfaringer ført til den intuition, at stof og antistof måske ikke har nøjagtig de samme egenskaber.
Hvor findes antistof?
Dette er et af antistofs mysterier, som der er mange mulige forklaringer på. De fleste af teorierne om oprindelsen af univers acceptere, at de eksisterede i begyndelsen proportioner magen til stof og antistof.
Men på nuværende tidspunkt ser det observerbare univers ud til udelukkende at være sammensat af almindeligt stof. Mulige forklaringer på denne ændring peger på vekselvirkningerne mellem stof og antistof med mørkt stof, eller til en indledende asymmetri mellem mængden af stof og antistof produceret under stort brag.
Hvad vi ved er, at naturlige antipartikelproduktioner finder sted i Van Allen-ringene på vores planet. Disse ringe er placeret omkring to tusinde kilometer fra overfladen og reagerer på denne måde, når gammastråler rammer atmosfære Ydre.
Dette antistof har en tendens til at klumpe sammen, da der ikke er nok almindeligt stof i den region til at udslette sig selv, og nogle videnskabsmænd mener, at denne ressource kunne bruges til at "udvinde" antistof.
Hvad er antistof til?
Antistof har endnu ikke mange praktiske anvendelser i menneskelige industrier på grund af dets meget høje niveau omkostninger og det krævende teknologi hvilket indebærer produktion og håndtering. Visse applikationer er dog allerede en realitet.
For eksempel udføres positron emission tomografi (PET) scanninger, hvilket har antydet, at brugen af antiprotoner i kræftbehandling er mulig og måske mere effektiv end nuværende protonteknikker (radioterapier).
Imidlertid er den vigtigste anvendelse af antistof som en kilde til Energi. Ifølge Einsteins ligninger frigiver udslettelse af stof og antistof så meget energi, at et kilo stof / antistof, der udsletter, ville være ti milliarder gange mere produktivt end nogen kemisk reaktion og ti tusind gange mere end nuklear fission.
Hvis disse reaktioner kan kontrolleres og udnyttes, vil alle industrier og endda transport ændre sig. For eksempel kunne ti milligram antistof drive et rumfartøj op til Mars.