Antimateria

Report
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 tutkii materian ja antimaterian
eroja.
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
Antimaterian annihiloituminen

similar documents