Antihmota

2. listopad 2011 | 14.24 |

Antihmota je druh hmoty, který je složen z antičástic k běžným částicím, tzn. například antiprotonů a pozitronů místo protonů a elektronů a antineutronů místo neutronů. Projevy antihmoty lze studovat ve vesmíru nebo ve specializovaných experimentech. Dnes je dokonce možné ji vyrobit (například v urychlovači částic CERN, ale podle novodobých studií se také tvoří v blesku), přičemž se otevírají nové možnosti fyzice, chemii a technice.

Existenci antihmoty předpověděl v roce 1928 britský fyzik Paul Dirac. Brzy poté (v roce 1932) Američan Carl David Anderson antihmotu skutečně objevil ve srážkách vysokoenergetických částic kosmického záření. Pokud víme, žádná volná antihmota dnes ve vesmíru neexistuje. Věříme však, že těsně po velkém třesku, kdy vesmír vznikl, hmota a antihmota existovaly v rovnováze, tedy že bylo stejně antihmoty jako hmoty. Co se s antihmotou stalo, je hádankou, která také čeká na konečné vyřešení. Dnešní popis částic hmoty a částic – nosičů síly, se nazývá standardní model; tento model není bez slabin a ačkoli už po více než 20 let úspěšně prochází všemi experimentálními testy, není standardní model úplným popisem přírody.

Antihmota má opačný elektrický náboj než běžná hmota, ale má stejný spin a hmotnost a její chování (např. vůči gravitaci)je stejné jako u běžné hmoty. Jinými slovy: Všechna vnitřní kvantová čísla jsou u antičástic opačná než u částic. To ovšem neznamená, že je antihmota s hmotou vyjma "opačných znamének" identická. Ve skutečnosti se antihmota v mnoha případech chová od hmoty odlišně. Např. při anihilaci je mezi potomky reakcí vždy o něco více hmoty než antihmoty. Hovoříme o porušení symetrií.

Foton, intermediální částice elektromagnetické interakce, je zároveň i svou antičásticí. Při setkání hmoty s antihmotou nastává anihilace, při které obě formy hmoty zaniknou a přemění se na jiné formy energie (polní částice).

Při anihilacielektronu a pozitronu dojde k uvolnění jejich klidové energie. Jednalo by se o nejúčinější metodu získávání energie, kdyby se tato během anihilace neuvolnila ve formě jen těžko využitelného záření γ. Energie vzniklých fotonů je dána rovnicí E=mc².

Tedy při setkání elektronu s pozitronem vznikají 2 fotony o energii přibližně 0,51 MeV. Pokud se elektron s pozitronem navzájem pohybují téměř rychlostí světla, nebo při anihilaci těžších fermionů, vznikají navíc další částice, např. mezony.

Antičástice vznikají v přírodě běžně materializací kosmického záření (např. při vzájemných kolizích s hmotou). Mají však zpravidla krátkou životnost, neboť rychle anihilují s ostatní ve vesmíru běžnou hmotou. Hvězdy, galaxie, ani jiné objekty tvořené z antihmoty zatím nebyly pozorovány. Anihilace hmoty s antihmotou je považována za jednu z možných příčin vzniku záblesků gama záření (GRB). V počátečních stádiích Velkého třesku vznikala velká množství hmoty i antihmoty. Nicméně veškerá vzniklá antihmota anihilovala s většinovou částí hmoty. Vědci dodnes neumí přesně vysvětlit, proč tehdy došlo k nesymetrii při interakcích hmoty s antihmotou a proč převážila hmota. Díky této nesymetrii se zřejmě ve vesmíru nachází pouze hmota. Antihmotu je možné vyrobit i uměle v urychlovačích částic. V urychlovači CERN v Ženevě a ve Fermiho laboratoři v Chicagu se podařilo z antičástic vytvořit atomy antivodíku.,V jejich jádrech jsou záporné antiprotony, které jsou obíhány kladně nabitými pozitrony.

Antihmota se v běžných pozemských podmínkách nevyskytuje v atomární podobě (antiatomy jsou známy pouze jako vzácný výsledek jaderných experimentů), to však neznamená, že se nemohou v těchto podmínkách vyskytovat její stavební částice - tedy antičástice.

Nejběžnějšími částicemi antihmoty v běžných pozemských podmínkách jsou antineutrina. Jejich původem jsou radioaktivní rozpady β (významným pozemským zdrojem jsou jaderné elektrárny, produkující štěpením mnoho β-radioaktivních nuklidů). Antineutrina mohou vznikat také jako produkt reakcí kosmického záření s atmosférou. Vzhledem k velmi nízké schopnosti interakce antineutrina prakticky nejsou zachycována hmotou.

V běžných pozemských podmínkách vznikají také pozitrony, a to při radioaktivních rozpadech β+ a jako produkt reakcí kosmického záření s atmosférou. Protože se jedná o nabité částice, jsou ionizačními ztrátami v prostředí zpomalovány a rychle anihilují s elektrony atomových obalů.

Družice Fermi objevila, že pozitrony mohou za určitých podmínek vznikat i v pozemské přírodě během prudkých atmosférických bouří v tropickém pozemském pásu. Jde o unikátní přírodní jev.

Při současných znalostech lidstva ji zatím nelze využít jako nejúčinnější ze známých zdrojů energie, i když při reakci s hmotou uvolňuje energii se stoprocentní účinností (jaderné štěpení je účinné pouze na 1,5 %). Je to dáno naprosto zanedbatelnou účinností lidstvu doposud známé metody výroby antihmoty v laboratorních zařízeních typu FERMILAB/CERN. Antihmotu je možné uchovávat v tzv. Penningově pasti, která ve vakuu udržuje elektricky nabité částice v soustavě magnetických polí v bezpečné vzdálenosti od standardní hmoty. Takto lze ovšem uchovávat pouze samostatně antiprotony, anebo pozitrony. Uchování kompletně sestavené antihmoty (jádro s obalem) není tímto způsobem s ohledem na její celkovou elektrickou neutralitu možné. Další zajímavostí je, že na rozdíl od hmoty mají atomy antihmoty částice kladně nabité v obalu a částice záporně nabité v jádru. Může být vytvořen protiklad na jakýkoliv prvek, na jakoukoliv látku, z antihmoty by mohl být zkonstruován celý vesmír. Problémem antihmoty je, že může zreagovat s hmotou, což může mít fatální následky. Kdyby totiž reagovala s hmotou, tak by nastala exploze. Navíc je velmi těžké antihmotu udržovat v chodu.

Reakce antihmoty a hmoty má praktické využití ve zobrazovací technice v medicíně v pozitronové emisní tomografii. Během pozitivního beta-rozpadu ztrácejí nuklidy přebytek pozitivního náboje vyzářením pozitronů (protony se stávají neutrony a neutrony jsou vylučovány). Nuklidy s přebytkem pozitivního náboje jsou snadno vyrobitelné v cyklotronu a jsou převážně vyráběny pro medicínské účely.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře