2024. máj 21.

Az antianyag

írta: Darius1
Az antianyag

Az antianyag a modern fizika egyik legnagyobb felfedezése, amely kulcsszerepet játszik a világegyetem keletkezésére vonatkozó elméletekben. Bár az antianyag viszonylag ritka jelenség mindennapi környezetünkben, ma már laboratóriumi körülmények között is elő tudjuk állítani. Az új  részecskék felfedezésére irányuló kísérletek jelenleg a tudomány egyik sarkalatos pontját képezik. A tudósok magas hegyek tetején állítják fel laborjaikat, hogy úgymond elkaphassák az ilyen részecskéket, amikor még a levegőben vannak.

A pozitronok és ezzel együtt az antianyag létezését elméletileg már Paul Dirac brit elméleti fizikus is megjósolta 1928-ban. A Dirac-egyenlet [ (∂ + m) ψ = 0 ] az elektronok viselkedését írja le a kvantummechanika alapelvei és a speciális relativitáselmélet figyelembe vételével. A pozitron későbbi felfedezése megerősíette a tudós elméleti jóslatait. Ma már tudjuk, hogy a Standard modellben minden részecskének megvan a megfelelő antirészecskéje. A napjainkban érvényben lévő elméletek és megfigyelések szerint minden alkalommal, amikor anyag jön létre, azonos mennyiségű antianyag  keletkezik. Azt is tudjuk, hogy amikor az antianyag és az anyag találkozik, nagy erejű energiakitörésben kioltják egymást. Tehát az ősrobbanás során egyenlő mennyiségű anyagnak és antianyagnak kellett volna létrejönnie, meg kellett volna semmisíteniük  egymást.

Ha az antianyag elszigetelt körülmények között létezik, a részecskék stabilak maradnak. De az elektronokkal való találkozás során ezek a részecskék azonnal megsemmisülési reakcióba lépnek, és gamma-sugárzás szabadul fel. A γ-kvantumok és az anyag ütközésekor egy elektron-pozitron pár jön létre. Ez volt az első egyértelmű példa az energia anyaggá alakítására. Amikor az elektronok és a pozitronok érintkeznek egymással, gamma-sugarakat hoznak létre. A protonok kvarkokból állnak (az antiprotonok pedig antikvarkokból), így ezek az ütközések bonyolultabb részecske-kölcsönhatásokkal járnak. Más szóval a mai világegyetemnek egyáltalán nem szabadna léteznie. De ez nyilvánvalóan nem így történt, mert minden amit látunk, a legkisebb porszemektől a legnagyobb csillagokig anyagból állnak. Feltehetjük a kérdést, hogy hová tűnt el az antianyag és miért győzött az anyag? Az egyik legérdekesebb elmélet, amely ezt a problémát próbálja megoldani, Richard Feynman tézise. A tudós szerint az antianyag matematikailag egyenértékű a közönséges anyaggal, de az időben visszafelé mozog. Az ősrobbanás pillanatában az antianyag elkezdett visszafelé haladni az időben, így soha nem találkozott az anyaggal. Természetesen a legnagyobb probléma ezzel a hipotézissel az, hogy valahányszor antianyagot hozunk létre egy laborban,  időben előre halad, nem pedig visszafelé. Egy másik elmélet szerint az antianyag és az anyag túl gyorsan vált el egymástól, mielőtt megsemmisítették volna egymást. Így talán a világegyetem távolabbi részein is vannak galaxisok és antianyagból álló csillagrendszerek. Azonban ilyen nagy energiájú jeleket még nem figyeltek meg.

 

A gravitációs hullámok a téridő görbületének ingadozásai, amelyeket nagy tömegű égitestek mozgása okoz, például az egyesülő fekete lyukak vagy neutroncsillagok. Ezeket a hullámokat 2015-ben fedezték fel a LIGO kísérletei során, amelyek tudományos forradalmat idéztek elő, és a csillagászat egy teljesen új területét nyitották meg. A jelenleg észlelhető gravitációs hullámok a viszonylag új kozmikus eseményekből származnak, mint például a több milliárd éve bekövetkezett fekete lyuk ütközések. A gravitációs hullámháttér azonban a világűr jóval korábbi szakaszaiból, talán még a keletkezése utáni első pillanatokból is nyújthat információkat. De a jelenlegi műszerek nem elég érzékenyek ahhoz, hogy ilyen hullámokat érzékelni tudjanak. A fizikusok abban reménykednek, hogy a jövőbeli, fejlettebb detektorok felfedhetik a világegyetem egyik legnagyobb titkát, és választ adnak arra a kérdésre, hogy hová tűnt az antianyag.

 

Az világegyetem nem létezhetne, ha az ősrobbanás elmélete igaz lenne! - ezzel az állásponttal egyre többen értenek egyet. Nem sokkal a feltételezett ősrobbanás után a világűr tele lett volna rendkívül energikus fotonokkal. A fotonok ütközése részecskék képződését eredményezte volna – olyan részecskéket, amelyekből végül csillagok, galaxisok és emberek keletkeznek. De mivel ezek az ütközések mindig pontosan egyenlő mennyiségben termelnek anyagot és antianyagot a világegyetemben, az ősrobbanás modellje szerint lennie kéne antianyagnak is. Mégis nagyon kevés antianyag van az univerzumban. Eric Lerner szerint a Nagy Bumm vagy ősrobbanás elmélet – annak ellenére, hogy a kozmológiai közösségben széles körben támogatott – olyan, mint egy lyukas svájci sajt.  A tudós rávilágít arra is, hogy a világegyetem olyan égitesteket is tartalmaz, amelyek akár tízszer idősebbek az ősrobbanásnál (például a Matuzsálem csillag). Az anyag- antianyag szimmetria megtörése valamiféle kvantumjelenség következményeként jöhetett létre vagy pedig egy titokzatos erő eredményeként, amelyet még senki sem fedezett fel. Még túl korai választ adni  a világűr összes rejtélyére, bár a válasz közelebb lehet, mint gondolnánk.

 Egy közönséges  banán nagyjából 75 percenként termel egy részecske antianyagot. Lényegében természetes módon pozitront hoz létre, ami a banánban lévő kálium-40 mennyiségének köszönhető. 

 

 img_20240521_160936.jpg

Szólj hozzá

Természet