10 Fakten, Die Sie Möglicherweise Nicht über Antimaterie Wissen - Alternative Ansicht

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10 Fakten, Die Sie Möglicherweise Nicht über Antimaterie Wissen - Alternative Ansicht
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Anonim

Antimaterie ist seit langem Gegenstand von Science-Fiction. In dem Buch und Film Angels and Demons versucht Professor Langdon, den Vatikan vor einer Antimateriebombe zu retten. Das Star Trek-Raumschiff Enterprise verwendet eine vernichtende Antimaterie-Engine, um schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen. Antimaterie ist aber auch ein Objekt unserer Realität. Antimaterieteilchen sind praktisch identisch mit ihren Materialpartnern, außer dass sie entgegengesetzte Ladung und Spin tragen. Wenn Antimaterie auf Materie trifft, vernichten sie sich sofort in Energie, und dies ist keine Fiktion mehr.

Obwohl Antimateriebomben und Schiffe, die auf demselben Treibstoff basieren, in der Praxis noch nicht möglich sind, gibt es viele Fakten über Antimaterie, die Sie überraschen oder es Ihnen ermöglichen werden, Ihre Erinnerung an das, was Sie bereits wussten, aufzufrischen.

1. Antimaterie sollte nach dem Urknall alle Materie im Universum zerstören

Nach der Theorie brachte der Urknall Materie und Antimaterie in gleichen Mengen hervor. Wenn sie sich treffen, gibt es gegenseitige Vernichtung, Vernichtung und nur reine Energie bleibt übrig. Auf dieser Grundlage sollten wir nicht existieren.

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Aber wir existieren. Und soweit die Physiker wissen, gab es für jede Milliarde Materie-Antimaterie-Paare ein zusätzliches Materieteilchen. Die Physiker versuchen ihr Bestes, um diese Asymmetrie zu erklären.

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2. Antimaterie ist näher bei Ihnen als Sie denken

Kleine Mengen Antimaterie regnen ständig in Form von kosmischen Strahlen, Energieteilchen aus dem Weltraum, auf die Erde. Diese Antimaterieteilchen erreichen unsere Atmosphäre in Mengen von eins bis über hundert pro Quadratmeter. Wissenschaftler haben auch Beweise dafür, dass Antimaterie während eines Gewitters erzeugt wird.

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Es gibt andere Antimateriequellen, die uns näher stehen. Bananen beispielsweise produzieren Antimaterie, indem sie etwa alle 75 Minuten ein Positron - das Antimaterie-Äquivalent eines Elektrons - emittieren. Dies liegt daran, dass Bananen geringe Mengen an Kalium-40 enthalten, einem natürlich vorkommenden Kaliumisotop. Wenn Kalium-40 zerfällt, wird manchmal ein Positron geboren.

Unser Körper enthält auch Kalium-40, was bedeutet, dass Sie auch Positronen emittieren. Antimaterie vernichtet sich sofort bei Kontakt mit Materie, so dass diese Antimaterieteilchen nicht sehr lange halten.

3. Der Mensch hat es geschafft, sehr wenig Antimaterie zu erzeugen

Die Vernichtung von Antimaterie und Materie kann enorme Energiemengen freisetzen. Ein Gramm Antimaterie kann eine Explosion von der Größe einer Atombombe hervorrufen. Der Mensch hat jedoch nicht viel Antimaterie produziert, daher gibt es nichts zu befürchten.

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Alle Antiprotonen, die am Tevatron-Teilchenbeschleuniger der Fermi Laboratories erzeugt werden, wiegen kaum 15 Nanogramm. Das CERN hat bisher nur etwa 1 Nanogramm produziert. Bei DESY in Deutschland - nicht mehr als 2 Nanogramm Positronen.

Wenn die gesamte vom Menschen erzeugte Antimaterie sofort vernichtet wird, reicht ihre Energie nicht einmal aus, um eine Tasse Tee zu kochen.

Das Problem liegt in der Effizienz und den Kosten der Herstellung und Lagerung von Antimaterie. Die Herstellung von 1 Gramm Antimaterie erfordert etwa 25 Millionen Milliarden Kilowattstunden Energie und kostet über eine Million Milliarden Dollar. Es überrascht nicht, dass Antimaterie manchmal als eine der zehn teuersten Substanzen unserer Welt aufgeführt wird.

4. Es gibt so etwas wie eine Antimateriefalle

Um Antimaterie zu untersuchen, müssen Sie verhindern, dass sie sich mit Materie vernichtet. Wissenschaftler haben verschiedene Wege gefunden, dies zu tun.

Geladene Antimaterieteilchen wie Positronen und Antiprotonen können in sogenannten Penning-Fallen gelagert werden. Sie sind wie winzige Teilchenbeschleuniger. In ihnen bewegen sich die Partikel spiralförmig, während magnetische und elektrische Felder verhindern, dass sie mit den Wänden der Falle kollidieren.

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Penning-Fallen funktionieren jedoch nicht für neutrale Partikel wie Antiwasserstoff. Da sie keine Ladung haben, können diese Teilchen nicht auf elektrische Felder beschränkt werden. Sie sind in Ioffe's Fallen gefangen, die einen Raum schaffen, in dem das Magnetfeld in alle Richtungen größer wird. Antimaterieteilchen bleiben in dem Bereich mit dem schwächsten Magnetfeld stecken.

Das Erdmagnetfeld kann als Falle für Antimaterie dienen. Antiprotonen wurden in bestimmten Zonen auf der Erde gefunden - den Van-Allen-Strahlungsgürteln.

5. Antimaterie kann fallen (im wahrsten Sinne des Wortes)

Materieteilchen und Antimaterie haben die gleiche Masse, unterscheiden sich jedoch in Eigenschaften wie elektrischer Ladung und Spin. Das Standardmodell sagt voraus, dass die Schwerkraft gleichermaßen auf Materie und Antimaterie einwirken sollte, aber dies bleibt mit Sicherheit abzuwarten. Daran arbeiten Experimente wie AEGIS, ALPHA und GBAR.

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Die Beobachtung des Gravitationseffekts am Beispiel der Antimaterie ist nicht so einfach wie die Betrachtung eines Apfels, der von einem Baum fällt. Diese Experimente erfordern das Einfangen von Antimaterie oder das Verlangsamen durch Abkühlen auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt. Und da die Schwerkraft die schwächste der Grundkräfte ist, müssen Physiker in diesen Experimenten neutrale Antimaterieteilchen verwenden, um eine Wechselwirkung mit der stärkeren Kraft der Elektrizität zu verhindern.

6. Antimaterie wird in Partikelmoderatoren untersucht

Haben Sie von Teilchenbeschleunigern und von Teilchenverlangsamern gehört? Am CERN gibt es eine Maschine namens Antiproton Decelerator, in der Antiprotonen eingefangen und verlangsamt werden, um ihre Eigenschaften und ihr Verhalten zu untersuchen.

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In Ringteilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider erhalten Teilchen jedes Mal, wenn sie einen Kreis schließen, einen energetischen Schub. Verzögerer arbeiten umgekehrt: Anstatt Partikel zu beschleunigen, werden sie in die entgegengesetzte Richtung gedrückt.

7. Neutrinos können ihre eigenen Antiteilchen sein

Ein Materieteilchen und sein Antimaterialpartner tragen entgegengesetzte Ladungen, was es einfach macht, zwischen ihnen zu unterscheiden. Neutrinos, fast masselose Teilchen, die selten mit Materie interagieren, haben keine Ladung. Wissenschaftler glauben, dass es sich möglicherweise um Majorana-Partikel handelt, eine hypothetische Klasse von Partikeln, die ihre eigenen Antiteilchen sind.

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Projekte wie der Majorana Demonstrator und EXO-200 zielen darauf ab, festzustellen, ob Neutrinos tatsächlich Majorana-Partikel sind, indem das Verhalten des sogenannten neutrinolosen Doppel-Beta-Zerfalls beobachtet wird.

Einige radioaktive Kerne zerfallen gleichzeitig und emittieren zwei Elektronen und zwei Neutrinos. Wenn Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen wären, würden sie sich nach doppeltem Zerfall vernichten, und Wissenschaftler müssten nur Elektronen beobachten.

Die Suche nach Majorana-Neutrinos könnte erklären, warum die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie besteht. Physiker schlagen vor, dass Majorana-Neutrinos entweder schwer oder leicht sein können. Die Lungen existieren in unserer Zeit, und die schweren existierten unmittelbar nach dem Urknall. Schwere Majorana-Neutrinos zerfielen asymmetrisch und führten zum Auftreten einer winzigen Menge Materie, die unser Universum füllte.

8. Antimaterie wird in der Medizin verwendet

PET, PET (Positronenemissionstopographie) verwendet Positronen, um hochauflösende Körperbilder zu erzeugen. Positronen emittierende radioaktive Isotope (wie wir sie in Bananen gefunden haben) binden an Chemikalien wie Glukose im Körper. Sie werden in den Blutkreislauf injiziert, wo sie auf natürliche Weise zerfallen und Positronen emittieren. Diese wiederum treffen auf die Elektronen des Körpers und vernichten sie. Die Vernichtung erzeugt Gammastrahlen, mit denen ein Bild erstellt wird.

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Wissenschaftler des ACE-Projekts am CERN untersuchen Antimaterie als potenziellen Kandidaten für die Krebsbehandlung. Ärzte haben bereits herausgefunden, dass sie Partikelstrahlen auf Tumore richten können und ihre Energie erst dann abgeben, wenn sie sicher durch gesundes Gewebe gelangen. Die Verwendung von Antiprotonen erhöht den Energieschub. Diese Technik hat sich bei der Behandlung von Hamstern als wirksam erwiesen, wurde jedoch noch nicht am Menschen getestet.

9. Antimaterie kann im Weltraum lauern

Wissenschaftler versuchen unter anderem, das Problem der Asymmetrie von Materie-Antimaterie zu lösen, indem sie nach Antimaterie suchen, die vom Urknall übrig geblieben ist.

Das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) ist ein Partikeldetektor auf der Internationalen Raumstation und sucht nach solchen Partikeln. AMS enthält Magnetfelder, die den Weg kosmischer Teilchen biegen und Materie von Antimaterie trennen. Seine Detektoren müssen solche Partikel beim Passieren erkennen und identifizieren.

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Kollisionen mit kosmischen Strahlen erzeugen normalerweise Positronen und Antiprotonen, aber die Chancen, ein Antiheliumatom zu erzeugen, bleiben aufgrund der enormen Energiemenge, die dieser Prozess benötigt, äußerst gering. Dies bedeutet, dass die Beobachtung von mindestens einem Nucleolus Antihelium ein starker Beweis für die Existenz einer gigantischen Menge Antimaterie an anderer Stelle im Universum ist.

10. Die Leute lernen tatsächlich, wie man Antimaterietreibstoff für Raumfahrzeuge ausrüstet.

Sehr wenig Antimaterie kann enorme Mengen an Energie erzeugen, was sie zu einem beliebten Treibstoff für futuristische Science-Fiction-Schiffe macht.

Antimaterie-Raketenantrieb ist hypothetisch möglich; Die Hauptbeschränkung besteht darin, genügend Antimaterie zu sammeln, um dies zu erreichen.

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Es gibt noch keine Technologien für die Massenproduktion oder Sammlung von Antimaterie in den für eine solche Anwendung erforderlichen Mengen. Wissenschaftler arbeiten jedoch daran, eine solche Bewegung und Speicherung dieser Antimaterie nachzuahmen. Wenn wir eines Tages einen Weg finden, große Mengen Antimaterie zu produzieren, könnte ihre Forschung dazu beitragen, dass interstellares Reisen Realität wird.

Basierend auf Materialien von symmetrymagazine.org

ILYA KHEL

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