Transcript Antimateria
Antimateria
Aarne Keränen ja Teemu Jämsä Madetojan musiikkilukio
Mitä on antimateria?
• Jokaisella alkeishiukkasella on sitä vastaava saman massainen antihiukkanen, jolla on yhtä suuri vastakkainen varaus. • Samoin kuin materia koostuu alkeishiukkasista, antimateria koostuu antihiukkasista • Antihiukkasissa on negatiivisesti varautuneita antiprotoneita (p-) ja positiivisesti varautuneita antielektroneita eli positroneja (e+).
• Jokaisella kvarkilla on olemassa myös oma antikvarkki, jolla on vastakkainen kvanttiluku kuin sitä vastaavalla kvarkilla.
Miten antimateria löytyi?
• • • • • • Vuonna 1928 Paul Dirac päätteli antimaterian olemassaolon matemaattisten mallien perusteella 1932 havaittiin ensimmäinen antihiukkanen, positroni. Sen löysi Crl David Anderson.
Ensimmäinen antiprotoni havaittiin 1955 Antimateriaa onnistuttiin valmistamaan vuonna 1995 antivetynä ja antideuteriumina.
Vaikka antimateriasta saatiin ensimmäisiä viitteitä 1920-luvulla, oli sen olemassaolosta spekuloitu jo aiemmin. Mm. brittifyysikko Arthur Schuster spekuloi kokonaisten antimateriasta koostuvien aurinkokuntien olemassaolosta ja vuonna 1898 hän otti käyttöön termit "antimateria" ja "antiatomi".
Fyysikot ovat arvelleet, että maapallon magneettikenttä vangitsee avaruuden antimateriahiukkasia. Niinpä vuonna 2011 tiedelehti Astrophysical Journal Letters kertoi satelliittimittauksiin perustuen, että maapalloa ympäröivälle ohuelle vyöhykkeelle on kertynyt paljon antimateriahiukkasia. Tämä osoitettiin, kun antimateriaa onnistuttiin löytämään Van Allenin vyöhykkeiltä, varsinkin ns. Etelä-Atlantin anomalian alueelta.
Antimaterian valmistus
• • • • Antiprotoneja voidaan valmistaa kiihdyttämällä hiukkaskiihdyttimessä protoneja lähes valonnopeuteen ja sitten törmäyttämällä ne esteeseen, jolloin syntyy antiprotoneja ja muita hiukkasia. Sen jälkeen syntyneet antiprotonit vakautetaan ja ohjataan erilleen muista hiukkasista varastorenkaaseen, jossa niitä hidastetaan. Antivetyä voidaan valmistaa, kun ohjataan antiprotoni ja positroni samaan tilaan noin -258°C lämpötilassa. Antivety annihiloituu kuitenkin hyvin nopeasti ja sen valmistaminen on vaikeaa, sillä kun antiprotoneja valmistetaan vain noin 0,1% niistä saadaan jäähdytettyä tarpeeksi kylmiksi.
Antimateriaa väitetään kaikkein kalleimmaksi asiaksi, mitä on olemassa. Tutkijat ovat laskeneet, että tuottaakseen 1 g positroneja tarvitaan 25 miljardia dollaria, vastaavasti tuottaakseen 1 g antivetyä tarvitaan 62 500 miljardia dollaria.
Antihiukkasia syntyy luonnostaan radioaktiivisten aineiden hajotessa.
• • β⁺ hajonnassa syntyy positroneja. β⁻ hajonnassa antineutriinoja
Antimaterian käyttömahdollisuuksia
• • Lääketieteessä antihiukkasia käytetään avuksi PET-kuvauksessa. Antiprotoneja on myös kokeiltu käyttää hyväksi syövän sädehoidossa protonien sijasta, sillä antiprotonit tuhoavat paljon tehokkaammin syöpäkudosta kuin tavalliset protonit.
Mahdollisesti antimateriaa voidaan käyttää polttoaineena tulevaisuudessa sillä se annihiloituessaan se tuottaa paljon energiaa E=mc² mukaisesti: • • Polttoaineena se veisi vähän tilaa ja painaisi vähän, joten se olisi käytännöllistä pitkille tähtien tai planeettojen välisille matkoille, joille tarvitsisi perinteistä rakettipolttoainetta paljon. Tietysti, koska antimaterian annihiloituessa vapautuu runsaasti energiaa, sitä on kylmän sodan aikaan ajateltu käyttää tuhovoimaisena aseena.
• • • • • • •
CERNin antimateriatutkimukset
AEgIS
tutkii antimaterian gravitaatiota
ALPHA
tekee antivetytutkimuksia
ACE
tutkii antiprotonien käyttöä sädehoidossa
ATRAP
tutkii vedyn ja antivedyn annihilaatiota
AMS
tutkii pimeää ainetta ja antiainetta universumissa
ASACUSA
eroja.
tutkii materian ja antimaterian http://yle.fi/uutiset/uusi_metodi_kehitetty _antimaterian_tutkimiseen/6613476
Lähteet
• • • • • • fi.wikipedia.org
www.cern.ch
CERN http://www.helsinki.fi/~enqvist/artikkeli.dir/antimateria.html
http://www.kuninkaantie.espoo.fi/cern/Antimateria.htm
http://www.astro.utu.fi/zubi/atom/antim.htm
• Kuvat: Teemu Jämsä/CERN, google.com