Kun kuulet sanan antimateria, se kuulostaa kuin elokuvasta. Se on kuitenkin täysin todellista, ja me jopa itse säteilemme sitä. Antimateriasta on tullut erittäin tärkeä tieteelle, koska se auttaa meitä ymmärtämään lukuisia maailmankaikkeuden, sen muodostumisen ja kehityksen puolia. Lisäksi se selittää monia todellisuudessa esiintyviä ilmiöitä.
Haluatko tietää, mikä antimateria on ja miksi se on niin tärkeää? Tässä selitämme sinulle kaiken.
Mikä on antimateria
Antimateria syntyy yhdestä niistä valtavista yhtälöistä, joiden kielen vain suuret fyysikot ja matemaatikot osaavat tulkita. Nämä yhtälöt tuntuvat olevan pielessä, ja on normaalia ajatella, että niin monien yhtälöiden jälkeen jonkinlainen virhe on odotettavissa. Tämä on kuitenkin täysin totta, ja antimateria on todellista.
Se on aine, joka koostuu niin sanotuista antihiukkasista. Nämä hiukkaset ovat identtisiä tuntemiemme hiukkasten kanssa, mutta niillä on vastakkainen sähkövaraus. Esimerkiksi elektronin antihiukkanen, jolla on negatiivinen varaus, on positroni . Se on identtinen alkuaine, jolla on sama koostumus, mutta positiivinen varaus. Niin yksinkertaista se on, ja jokainen, joka yrittää tehdä siitä monimutkaisempaa, erehtyy.
Nämä hiukkasmaiset ja hiukkasten vastaiset aineet menevät pareittain. Kun nämä kaksi törmäävät, ne tuhoavat toisensa ja katoavat kokonaan. Tämän törmäyksen seurauksena muodostuu valon välähdys. Hiukkasten, joilla ei ole varauksia, kuten neutriinojen, uskotaan itse olevan heidän oma hiukkasensa.
Jotkut teoriat kutsuvat näitä hiukkasia Majorana-hiukkasiksi, mikä viittaa siihen, että pimeän aineen hiukkaset voisivat myös olla Majorana-hiukkasia – eli ne ovat sekä antihiukkasensa että hiukkasensa. Saat tarkempaa tietoa tästä aiheesta tutustumalla alkuräjähdysteoriaan, joka on myös aiheeseen liittyvä.
Diracin yhtälö
Kuten olemme käsitelleet, antimateria syntyy matemaattisten tutkimusten ja monimutkaisten fysikaalisten yhtälöiden tuloksena. Fyysikko Paul Dirac tutki kaikkea tätä 1930-luvulla. Hän yritti yhdistää kaksi tärkeintä fysikaalista virtausta yhdeksi: erityisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan. Näiden kahden virtauksen yhdistäminen yhdeksi teoreettiseksi viitekehykseksi voisi auttaa suuresti ymmärtämään maailmankaikkeutta. Tämä käsite liittyy alkuräjähdysteoriaan ja aineen syntyyn.
Nykyään tunnemme tämän Diracin yhtälönä. Se on melko yksinkertainen yhtälö, mutta tuolloin se hämmensi kaikkia tiedemiehiä. Yhtälö ennusti jotain, mikä vaikuttaa mahdottomalta: negatiivisen energian omaavia hiukkasia. Diracin yhtälöt väittivät, että hiukkasilla voi olla vähemmän energiaa kuin niiden lepoenergia. Toisin sanoen niillä voi olla vähemmän energiaa kuin silloin, kun ne eivät tee yhtään mitään . Tätä väitettä oli fyysikkojen vaikeampi ymmärtää. Kuinka sinulla voi olla vähemmän energiaa kuin silloin, kun et tee mitään, jos et enää tee mitään itse?
Tästä pääteltiin, että hiukkasilla oli negatiivista energiaa. Tämä johti oivallukseen, että on olemassa valtava määrä negatiivisen energian omaavia hiukkasia, hiukkasia, joita fysiikka ei ole aiemmin löytänyt. Kun normaali hiukkanen hyppää alemmalta energiatasolta korkeammalle, se jättää aukon alemman energiatason yhteyteen, josta se on peräisin. Jos hiukkasella on negatiivinen varaus, tämä aukko voi sisältää negatiivisen varauksen tai vastaavasti positiivisen varauksen – positronin. Näin syntyi antihiukkasen käsite.
Mistä antimateriaa löytyy?
Ensimmäiset havaitut antimateriahiukkaset olivat kosmisista säteistä peräisin olevia, ja niitä havaittiin pilvikammion avulla. Nämä kammiot havaitsevat hiukkasia lähettämällä kaasua, joka ionisoituu hiukkasten kulkiessa läpi, jolloin niiden liikeradat voidaan määrittää. Tiedemies Carl D. Anderson pystyi käyttämään magneettikenttää taivuttamaan kammion läpi kulkevan hiukkasen lentorataa, jolloin sen sähkövaraus kaareutui. Tämä sai hiukkasen liikkumaan yhteen suuntaan ja sen antihiukkasen toiseen.
Myöhemmin antiprotoneja ja antineutroneja löydettiin, ja siitä lähtien löydöt ovat kasvaneet ja lisääntyneet. Antimateria tunnetaan yhä enemmän. Planeettamme pommitetaan jatkuvasti antihiukkasilla, jotka ovat osa kosmisia säteitä. Lähinnä meitä on se, mikä meihin vaikuttaa.
Voimme sanoa, että me itse emittoimme antimateriaa kehomme koostumuksen vuoksi. Esimerkiksi jos syömme banaanin, kalium-40:n hajoamisen vuoksi positroni muodostuu 75 minuutin välein . Tämä tarkoittaa, että jos löydämme kalium-40:tä kehostamme, olemme itse antihiukkasten lähde.
Mistä se on
Saatat miettiä, mitä järkeä on tietää antimateriasta. No, sen ansiosta lääketieteessä on tapahtunut monia edistysaskeleita. Sitä käytetään esimerkiksi laajalti positroniemissiotomografiassa (PET). Näitä hiukkasia käytetään tuottamaan korkearesoluutioisia kuvia ihmiskehosta. Nämä kuvat ovat erittäin hyödyllisiä tutkimuksissa, joissa määritetään, onko meillä leviävää kasvainta tai missä kehitysvaiheessa se on. Myös antiprotonien käyttöä syövän hoidossa tutkitaan, mikä liittyy Kardashevin asteikkoon ja lääketieteen teknologisiin edistysaskeliin.
Tulevaisuudessa antimateria voisi toimia lupaavana alkuaineena energiantuotannossa. Kun aine ja antimateria annihiloituvat, ne vapauttavat merkittävän määrän energiaa valon muodossa. Jopa yksi gramma antimateriaa vapauttaisi ydinpommin verran energiaa. Tämä on todella hämmästyttävää.
Ongelma antimateriaalin valjastamisessa energiaksi on sen varastointi. Olemme vielä hyvin kaukana ratkaisusta. Jokainen antimateriaaligramma vaatisi noin 25.000 kvadriljoonaa kilowattituntia energiaa.
Se myös selittää, miksi olemme olemassa. Aluksi Big Bang -teorian mukaan sekä aineen että antiaineen alkuperän on täytynyt tapahtua täydellisen symmetrian mallin kautta. Jos näin olisi, olisimme jo kadonneet. Siksi on välttämätöntä, että jokaista antimateriaalia kohden on oltava vähintään yksi ainehiukkanen lisää.
Toivon, että tämä tieto on selkeyttänyt epäilyt antimateriasta.