Антиводоник

С Википедије, слободне енциклопедије
Антиводоник се састоји од антипротона и позитрона

Антиводоник (Х) је антиматеријски пандан водоника. Док је обични атом водоника састављен од електрона и протона, атом антиводоника се састоји од позитрона и антипротона. Научници се надају да ће проучавање антиводоника пружити увид у одговоре на питање зашто у посматраном свемиру има више материје него антиматерије, што је познато као проблем барионске асиметрије.[1] Антиводоник се вештачки производи у акцелераторима честица. Године 1999. НАСА је дала процену трошкова од $62,5 билиона долара по граму антиводоника (што је еквивалент $94 билиона долара данас), што га чини најскупљим материјалом за производњу.[2] То је последица изузетно ниског приноса по експерименту и високих опортунитетних трошкова коришћења акцелератора честица.

Експериментална историја[уреди | уреди извор]

Акцелератори су први пут открили врући антиводоник током 1990-их. Истраживачки пројекат ATHENA је студирао хладне Х 2002. године. Антиводоник је први пут био заробљен у раду тима Апарата за ласерску физику антиводоника (АЛПХА) у ЦЕРН-у 2010. године.[3][4] Они су затим измерили његову структуру и друга важна својства.[5] ALPHA, AEGIS и GBAR планирају даље хлађење и проучавање Х атома.

1S–2S прелазно мерење[уреди | уреди извор]

Године 2016, ALPHA еxпериментом је измерен атомско електронски прелаз између два најнижа енергетска нивоа антиводоника, 1S–2S. Резултати, који су идентични резултатима водоника унутар експерименталне резолуције, подржавају идеју симетрије материја-антиматерија и ЦПТ симетрије.[6]

Карактеристике[уреди | уреди извор]

ЦПТ теорема физике честица предвиђа да атоми антиводоника имају бројне карактеристике које регуларни водоник има; тј. исту масу, магнетни момент и фреквенције транзиције атомског стања (погледајте атомску спектроскопију).[7] На пример, очекује се да побуђени атоми антиводоника сијају истом бојом као и обични водоник. Атоме антиводоника би требало да привлачи друга материја или антиматерија гравитационом силом исте величине као то то доживљавају и обични атоми водоника.[3] То не би било тачно ако би антиматерија имала негативну гравитациону масу, што се сматра врло мало вероватним, мада још није емпиријски оповргнуто (погледајте гравитациону интеракцију антиматерије).[8]

Када антиводоник дође у контакт са обичном материјом, долази до брзе анихилације његовх конституената. Позитрон се анихилира са електроном уз производњу гама зрака. Са друге стране, антипротон се састоји од антикваркова који се комбинују са кварковима у било неутронима, или у протонима, што резултира високим енергетским пионима, који се брзо распадају у муоне, неутрина, позитроне и електроне. Ако би атоми антиводоника били суспендовали у савршеном вакууму, они би требало да опстану у недоглед.

Очекује се да антиводоник као антиелемент има потпуно иста својства као и водоник.[9] На пример, антиводоник би био гас у стандардним условима и комбиновао би се са антикисеоником да формира антиводу, Х2О.

Продукција[уреди | уреди извор]

Године 1995. је први антиводоник произвео тим који је предводио Валтер Елерт из ЦЕРН-а[10] користећи методу коју су први предложили [[[Цхарлес Мунгер Јр|Чарлс Мангер Млађи]], Станли Џ Бродски и Иван Шмит Андрад.[11]

У ЛЕАР акцелератору, антипротонима из акцелератора су гађани у ксенонски кластери,[12] чиме су формирани електрон-позитронски парови. Антипротони могу да хватају позитроне са вероватноћом око 10−19, тако да ова метода није погодна за значајну производњу, судећи по прорачуну.[13][14][15] Фермилаб је измерила нешто другачији попречни пресек,[16] што је у складу с предвиђањима квантне електродинамике.[17] Оба су резултирала високо енергетским, или врућим антиатомима, неприкладним за детаљно проучавање.

Након тога, ЦЕРН је изградио антипротонски децелератор (АД) како би се поспешили напори на добијању нискоенергетског антиводоника, за испитивања основних симетрија. АД подржава рад неколико ЦЕРН група. ЦЕРН очекује да ће њихова постројења моћи да производе 10 милиона антипротона у минути.[18]

Ниско енергетски антиводоник[уреди | уреди извор]

Експерименти колаборације ATRAP и ATHENA при ЦЕРН-у, објединили су позитроне и антипротоне у Пенинговим клопкама, што је резултирало синтезом са типичном брзином од 100 атома антиводоника у секунди. Антиводоник је прво произвела ATHENA 2002. године,[19] а потом АТРАП,[20] и до 2004. године направљени су милиони атома антиводоника. Синтетисани атоми су имали релативно високу температуру (неколико хиљада келвина), па су се сударали са зидовима експерименталног апарата и анихилирали. Већина прецизних тестова захтева дуго време посматрања.

ALPHA, наследница колаборације ATHENA, формирана је ради стабилног хватања антиводоника.[18] Иако је антиводоник електрично неутралан, његови спинови магнетних момената формирају интеракције са нехомогеним магнетним пољем; неки атоми бивају привучени магнетним минимумом, створеним комбинацијом огледала и вишеполних поља.[21]

У новембру 2010, ALPHA колаборација је објавила да су заробили 38 атома антиводоника у шестини секунде,[22] првом затварању неутралне антиматерије. У јуну 2011. године заробили су 309 атома антиводоника, до 3 истовремено, у трајању до 1.000 секунди.[23] Затим су проучавали његову хиперфину структуру, гравитационе ефекте и набој. ALPHA ће наставити мерења заједно са експериментима ATRAP, AEGIS и GBAR.

Већи атоми антиматерије[уреди | уреди извор]

Веће атоме антиматерије као што су антидеутеријум (D), антитрицијум (Т) и антихелијум (Хе) много је теже произвести. Језгра антидеутеријума,[24][25] антихелијума-3 (3Хе)[26][27] и антихелијума-4 (4Хе)[28] су била формирана тако великим брзинама да синтеза њихових одговарајућих атома представља неколико техничких препрека.

Види још[уреди | уреди извор]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ ББЦ Неwс – Антиматтер атомс аре цорраллед евен лонгер. Ббц.цо.ук. Ретриевед он 2011-06-08.
  2. ^ „Реацхинг фор тхе старс: Сциентистс еxамине усинг антиматтер анд фусион то пропел футуре спацецрафт”. НАСА. 12. 4. 1999. Архивирано из оригинала 07. 10. 2019. г. Приступљено 11. 6. 2010. „Антиматтер ис тхе мост еxпенсиве субстанце он Еартх” 
  3. ^ а б Реицх, Еугение Самуел (2010). „Антиматтер хелд фор qуестионинг”. Натуре. 468 (7322): 355. Бибцоде:2010Натур.468..355Р. ПМИД 21085144. дои:10.1038/468355а. 
  4. ^ еирофорум.орг – ЦЕРН: Антиматтер ин тхе трап Архивирано 2014-02-03 на сајту Wayback Machine, Децембер 2011, аццессед 2012-06-08
  5. ^ Интернал Струцтуре оф Антихyдроген пробед фор тхе фирст тиме. Марцх 7, 2012.
  6. ^ Цастелвеццхи, Давиде (19. 12. 2016). „Епхемерал антиматтер атомс пиннед доwн ин милестоне ласер тест”. Натуре. Приступљено 20. 12. 2016. 
  7. ^ Гроссман, Лиса (2. 7. 2010). „Тхе Цоолест Антипротонс”. Пхyсицал Ревиеw Фоцус. 26 (1). 
  8. ^ „Антихyдроген траппед фор а тхоусанд сецондс”. Тецхнологy Ревиеw. 2. 5. 2011. Архивирано из оригинала 14. 04. 2015. г. Приступљено 07. 08. 2019. 
  9. ^ Палмер, Јасон (14. 3. 2012). „Антихyдроген ундергоес итс фирст-евер меасуремент” — преко www.ббц.цо.ук. 
  10. ^ Фреедман, Давид Х. „Антиатомс: Хере Тодаy . . .”. Дисцовер Магазине. 
  11. ^ Мунгер, Цхарлес Т. (1994). „Продуцтион оф релативистиц антихyдроген атомс бy паир продуцтион wитх поситрон цаптуре”. Пхyсицал Ревиеw D. 49 (7): 3228—3235. Бибцоде:1994ПхРвД..49.3228М. дои:10.1103/пхyсревд.49.3228. 
  12. ^ Баур, Г.; Боеро, Г.; Брауксиепе, А.; Буззо, А.; Еyрицх, W.; Геyер, Р.; Грзонка, D.; Хауффе, Ј.; Килиан, К.; ЛоВетере, M.; Мацри, M.; Моосбургер, M.; Неллен, Р.; Оелерт, W.; Пассаггио, С.; Поззо, А.; Рöхрицх, К.; Сацхс, К.; Сцхеперс, Г.; Сефзицк, Т.; Симон, Р.С.; Стратманн, Р.; Стинзинг, Ф.; Wолке, M. (1996). „Продуцтион оф Антихyдроген”. Пхyсицс Леттерс Б. 368 (3): 251фф. Бибцоде:1996ПхЛБ..368..251Б. дои:10.1016/0370-2693(96)00005-6. 
  13. ^ Бертулани, C.А.; Баур, Г. (1988). „Паир продуцтион wитх атомиц схелл цаптуре ин релативистиц хеавy ион цоллисионс” (ПДФ). Браз. Ј. Пхyс. 18: 559. 
  14. ^ Бертулани, Царлос А.; Баур, Герхард (1988). „Елецтромагнетиц процессес ин релативистиц хеавy ион цоллисионс”. Пхyсицс Репортс. 163 (5–6): 299. Бибцоде:1988ПхР...163..299Б. дои:10.1016/0370-1573(88)90142-1. 
  15. ^ Асте, Андреас; Хенцкен, Каи; Траутманн, Дирк; Баур, Г. (1993). „Елецтромагнетиц Паир Продуцтион wитх Цаптуре”. Пхyсицал Ревиеw А. 50 (5): 3980фф. Бибцоде:1994ПхРвА..50.3980А. ПМИД 9911369. дои:10.1103/ПхyсРевА.50.3980. 
  16. ^ Бланфорд, Г.; Цхристиан, D.C.; Голлwитзер, К.; Манделкерн, M.; Мунгер, C.Т.; Сцхултз, Ј.; Зиоулас, Г. (децембар 1997). „Обсерватион оф Атомиц Антихyдроген”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. Ферми Натионал Аццелератор Лабораторy. 80 (14): 3037. Бибцоде:1997АПС..АПР.Ц1009Ц. дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.80.3037. „ФЕРМИЛАБ-Пуб-97/398-Е Е862 ... п анд Х еxпериментс” 
  17. ^ Бертулани, C.А.; Баур, Г. (1998). „Антихyдроген продуцтион анд аццурацy оф тхе еqуивалент пхотон аппроxиматион”. Пхyсицал Ревиеw D. 58 (3): 034005. Бибцоде:1998ПхРвД..58ц4005Б. арXив:хеп-пх/9711273 Слободан приступ. дои:10.1103/ПхyсРевД.58.034005. 
  18. ^ а б Мадсен, Н. (2010). „Цолд антихyдроген: а неw фронтиер ин фундаментал пхyсицс”. Пхилосопхицал Трансацтионс оф тхе Роyал Социетy А. 368 (1924): 3671—82. Бибцоде:2010РСПТА.368.3671М. ПМИД 20603376. дои:10.1098/рста.2010.0026. 
  19. ^ Аморетти, M.; et al. (2002). „Продуцтион анд детецтион оф цолд антихyдроген атомс”. Натуре. 419 (6906): 456—9. Бибцоде:2002Натур.419..456А. ПМИД 12368849. дои:10.1038/натуре01096. 
  20. ^ Габриелсе, Г.; et al. (2002). „Дривен Продуцтион оф Цолд Антихyдроген анд тхе Фирст Меасуред Дистрибутион оф Антихyдроген Статес” (ПДФ). Пхyс. Рев. Летт. 89 (23): 233401. Бибцоде:2002ПхРвЛ..89w3401Г. дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.89.233401. 
  21. ^ Притцхард, D. Е.; Хеинз, Т.; Схен, Y. (1983). „Цоолинг неутрал атомс ин а магнетиц трап фор прецисион спецтросцопy”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. 51 (21): 1983. Бибцоде:1983ПхРвЛ..51.1983Т. дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.51.1983. 
  22. ^ Андресен, Г. Б. (АЛПХА Цоллаборатион); et al. (2010). „Траппед антихyдроген”. Натуре. 468 (7324): 673—676. Бибцоде:2010Натур.468..673А. ПМИД 21085118. дои:10.1038/натуре09610. 
  23. ^ Андресен, Г. Б. (АЛПХА Цоллаборатион); et al. (2011). „Цонфинемент оф антихyдроген фор 1,000 сецондс”. Натуре Пхyсицс. 7 (7): 558. Бибцоде:2011НатПх...7..558А. арXив:1104.4982 Слободан приступ. дои:10.1038/нпхyс2025. 
  24. ^ Массам, Т; Муллер, Тх.; Ригхини, Б.; Сцхнееганс, M.; Зицхицхи, А. (1965). „Еxпериментал обсерватион оф антидеутерон продуцтион”. Ил Нуово Цименто. 39: 10—14. Бибцоде:1965НЦимС..39...10М. дои:10.1007/БФ02814251. 
  25. ^ Дорфан, D. Е; Еадес, Ј.; Ледерман, L. M.; Лее, W.; Тинг, C. C. (јун 1965). „Обсерватион оф Антидеутеронс”. Пхyс. Рев. Летт. 14 (24): 1003—1006. Бибцоде:1965ПхРвЛ..14.1003Д. дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.14.1003. 
  26. ^ Антипов, Y.M.; et al. (1974). „Обсерватион оф антихелиум3 (ин Руссиан)”. Yадернаyа Физика. 12: 311. 
  27. ^ Арсенесцу, Р.; et al. (2003). „Антихелиум-3 продуцтион ин леад-леад цоллисионс ат 158 А ГеВ/ц”. Неw Јоурнал оф Пхyсицс. 5: 1. Бибцоде:2003ЊПх....5....1А. дои:10.1088/1367-2630/5/1/301. 
  28. ^ Агакисхиев, Х.; et al. (2011). „Обсерватион оф тхе антиматтер хелиум-4 нуцлеус”. Натуре. 473 (7347): 353—6. Бибцоде:2011Натур.473..353С. ПМИД 21516103. арXив:1103.3312 Слободан приступ. дои:10.1038/натуре10079. 

Спољашње везе[уреди | уреди извор]

Антиводоник на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Antivodonik&oldid=26483121”