Wohin geht Antimaterie?

Wohin geht Antimaterie?

Der Laserstrahl kann helfen, das Rätsel zu lösen, warum es im Universum weniger Antimaterie gibt als gewöhnliche Materie.

Zum ersten Mal haben Physiker gezeigt, dass Antimaterie-Atome dasselbe Licht ausstrahlen wie Atome gewöhnlicher Materie. Eine genauere Studie wird helfen, das Rätsel zu lösen, warum Antimaterie weniger ist.

Für jedes Teilchen der gewöhnlichen Materie gibt es ein ähnliches Antimaterieteilchen mit der gleichen Masse, aber der entgegengesetzten elektrischen Ladung. Zum Beispiel sind das Positron und das Antiproton Antiteilchen eines Elektrons und eines Protons.

Wenn ein Teilchen auf ein Antiteilchen trifft, zerstören sie sich gegenseitig und geben einen Energiestrahl ab. Ein Gramm Antimaterie vernichtet ein Gramm Substanz und setzt etwa zwei Energiereserven frei, die beim Abwurf einer Atombombe auf Hiroshima entstehen. (Machen Sie sich keine Sorgen über die Gefahr, da die Wissenschaftler noch weit davon entfernt sind, ein Gramm Antimaterie zu erzeugen.)

Es bleibt ein Rätsel, warum es mehr Materie als Antimaterie gibt. Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik (die beste Beschreibung des Verhaltens der Bausteine ​​des Universums) legt nahe, dass der Urknall sie in gleicher Anzahl hätte erzeugen müssen.

Wissenschaftler möchten mehr über Antimaterie erfahren, Unterschiede in ihrem Verhalten erkennen und verstehen, warum sie so klein ist. Eines der Schlüsselexperimente wird die Verwendung von Lasern für Antimaterieatome sein, die wie Atome gewöhnlicher Materie Licht absorbieren und emittieren können. Wenn Antiwasserstoffatome ein anderes Lichtspektrum emittieren als Wasserstoffatome, lassen solche spektralen Unterschiede andere Gründe für ihre Differenz erkennen. Zum ersten Mal verwendeten die Forscher Laser zur Spektralanalyse von Antiwasserstoffatomen.

"Ich würde es den heiligen Gral der Antimaterie-Physik nennen", sagte Studienmitautor Jeffrey Hungst, Physiker an der Universität Aarhus in Dänemark. „Ich arbeite seit mehr als 20 Jahren daran, dass dies möglich wird, und das Projekt wurde endlich gestartet.“

Forscher haben mit Antiwasser experimentiert, welche die einfachste Antimaterie Atom da Wasserstoff ist - Atom einfachsten herkömmlichen Material, bestehend aus einem Antiproton und einem Positron.

Die Gewinnung einer ausreichenden Menge Antimaterie zum Experimentieren hat sich als schwierig erwiesen. Um die Antiwasserstoff-Atomen, Wissenschaftler gemischt etwa 90.000 Antiprotonen von 1,6 Millionen Positronen (anti-Elektronen) zu erzeugen, die etwa 25.000 Atom Antiwasserstoff gab. Für das Experiment wurde der ALPHA-2-Apparat verwendet - ein Antimaterie-Generator und ein Einfangsystem der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in der Schweiz.

Nachdem Sie Atome geschaffen haben, müssen Sie sich „sehr sorgfältig an ihnen festhalten“, sagte Khangst. Antiwasserstoff ist elektrisch neutral und kann daher nicht durch elektrische Felder an Ort und Stelle gehalten werden, und „Sie müssen ihn von der Materie fernhalten, da Vakuumbedingungen erforderlich sind“. Die beste Temperatur für Antimaterie liegt nahe dem absoluten Nullpunkt (minus 459,67 Grad Fahrenheit oder minus 273,15 Grad Celsius), sodass sie langsam und leichter zu halten ist. Wissenschaftler halten Antiwasserstoff in sehr starken Magnetfeldern. "Jetzt schaffen wir es, ungefähr 15 Antiwasserstoffatome zu halten", sagt Hungst.

Dann wirkten sie mit einem Laser gegen Wasserstoff und ließen die Atome Licht freisetzen. Wissenschaftler haben das Spektrum gemessen - 10 bis zum zehnten Grad.

Nun sind die Lichtspektren von Wasserstoff und Antiwasserstoff ähnlich. Doch eine genauere Messung Hilfe zu identifizieren Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie, die das Geheimnis des Verschwindens von Anti-Materie lösen konnte und im Standardmodell zu revolutionären Veränderungen führen. „Wir können die Arbeitsregeln ändern“, sagt Hungst.

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