אנטי-חומר

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

יש לך הודעות חדשות (השווה לגרסה הקודמת).

אנטי-חומר הוא ישות, המורכבת מאנטי-חלקיקים, שהם "בני-זוג" של חלקיקים "רגילים" ודומים להם בכל, פרט לכך, שסימני מטעניהם השונים הפוכים. לדוגמה: מטענו החשמלי של האלקטרון הוא (1-), ומטענו החשמלי של בן-זוגו, הפוזיטרון, הוא (1+). המספר הלפטוני של אלקטרון הוא (1+), והמספר הלפטוני של הפוזיטרון הוא (1-), וכיוצא בזה. רק המסה היא עם אותו סימן, ולכן מבחינה כבידתית, אנטי-חומר מתנהג כחומר רגיל. האנטי-חלקיקים התגלו באופן תיאורטי בשנת 1928 על ידי פול דיראק, וכבר בשנת 1932 נמצא הפוזיטרון בתוך קרינה קוסמית.

כאשר חומר ואנטי-חומר נפגשים, הם עוברים תהליך של אניהילציה, שבסופו הם הופכים לאנרגיה, ולאנרגיה בלבד (המבוטאת בפרץ פוטונים), עפ"י נוסחאתו של איינשטיין, E=mc². אניהילציה היא הדרך המושלמת להפוך חומר לאנרגיה, והנצילות שלה היא 100%.

אנטי-חלקיקים מסומנים כמו החלקיקים ה"רגילים", בתוספת קו עליון: כך, האנטי-פרוטון יסומן כ- $\bar p$ . יוצא-דופן לכלל זה הוא הפוזיטרון, שסימנו $\ e^+$ .

[עריכה] אנטי-חומר בטבע

לאחר גילוי האנטי-חלקיקים, הייתה תקופה מסוימת שבה נשקלה השערה, שלפיה יש ביקום אזורים שמורכבים רק מאנטי-חומר, אך כיום השערה זו אינה מקובלת. היום מקובל להניח, שהאנטי-חומר נוצר מיד לאחר המפץ הגדול בשלב הבריוגנזה ועבר אניהילציה עם החומר שנוצר יחד אתו. התאוריה גורסת שבשל הפרת סימטריית-CP נוצר יותר חומר מאנטי-חומר, ולכן נשאר חומר לאחר האניהילציה המאסיבית, וממנו בנוי היקום שלנו.

עם זאת, אנטי-חלקיקים בודדים קיימים בעולם: הם נוצרים בקרינה קוסמית, שיכולה, כיוון שהיא נושאת אנרגיה רבה, להפוך אליהם, למשל בתגובה בה שני פוטונים הופכים לאלקטרון ולפוזיטרון; כתוצאה מהתנגשויות בין חלקיקים אנרגטיים מאוד ובאזורים עם טמפרטורה ממוצעת גבוהה.

[עריכה] ייצור אנטי-חומר

ייצור אנטי-חלקיקים בודדים הושג עוד בשנות ה-50 וה-60, במהלך ניסויים במאיצי חלקיקים; אך ייצור של אנטי-חומר, כלומר של קבוצות של אנטי-חלקיקים המאוחדות על ידי כוחות פיזיקליים, בדומה לאטומים ה"רגילים", קשה יותר בסדר-גודל. הדבר נהיה אפשרי רק בראשית שנות ה-90, כאשר עובדי מכון "פרמילאב" גילו, שאם אנטי-פרוטון אנרגטי מאוד עובר בסמוך לגרעין של אטום, הדבר יכול לגרום ליצירה של אלקטרון ופוזיטרון; אם האנטי-פרוטון יצליח "למשוך" אחריו את הפוזיטרון בהשפעת הכוח האלקטרומגנטי, הרי שעל-ידי כך ייווצר אטום של אנטי-מימן, שהוא סוג של אנטי-חומר.

תסריט תיאורטי זה הפך למציאות בשנת 1995, כאשר מכון CERN הודיע, כי אנשיו הצליחו לייצר 9 אטומי אנטי-מימן בעזרת השיטה של עובדי "פרמילאב". תוצאה זו אומתה מאוחר יותר על-ידי "פרמילאב" עצמו, כאשר עובדיו הצליחו לייצר קרוב למאה אטומי אנטי-מימן.

לאחר ניסויים אלה, המדענים חיפשו דרך "לצנן" את האנטי-פרוטונים, על-מנת שיהיה נוח יותר לחקור אותם. לשם כך נבנה ב-CERN בשנת 1999 מאט האנטי-פרוטונים (Antiproton Decelerator), שבעזרתו יוצר לראשונה אנטי-מימן "קר" בשנת 2002. בשנת 2004 פותחה שיטה נוספת לייצור אנטי-חומר "קר", המבוססת על התנגשויות של חלקיקים חמים עם חלקיקים קרים, שבעקבותיהן מושג שיווי משקל תרמי, וכך מקוררים החלקיקים החמים. משערים, כי בשיטה זו ניתן יהיה לייצר 100 אטומי אנטי-חומר בשנייה.

[עריכה] האטת ואכסון האנטי-חומר

כאמור, בעת יצירת מרכיבי האנטי-חומר (אנטי פרוטון, פוזיטרון ואנטי ניוטרון), נדרשים המדענים לצנן את מהירות החלקיקים הנעים במהירות הקרובה למהירות האור עקב היווצרותם במאיצי חלקיקים. על כן, נדרשת שליטה רבה בכיוון תנועת האנטי חלקיקים בעודם "חמים" וכן שליטה בהם לאחר שהצטננו על-מנת לאכסנם. בשיטה הנפוצה במעבדות CERN מניעים את האנטי-חלקיקים (רק האנטי פרוטון ופוזיטרון) במעגל העטוף בסלילי מוליכי-על היוצרים שדה מגנטי המקביל לשדה המגנטי של אותו החלקיק (שדה שלילי לפוזיטרון וחיובי לאנטי פרוטון) ובכך ממרכזים את החלקיקים לנקודת המרכז ומונעים מבעדו להתנגש במעטפת המעגל העשויה חומר רגיל. הסלילים עצמם בנויים כך שחלק מהם מייצרים שדה מגנטי חזק הממרכז את האנטי חלקיקים לאמצע ואילו חלק אחר מייצר שדה מגנטי חלש הגורם לזעזועים באנטי-חלקיק הנע בתווך (הדבר דומה לנהג המאיץ ומאיט לחילופין), זעזועים אלו מזרזים את האטת האנטי-חלקיק ומסייעים בלכידתו. לאחר לכידת האנטי-חלקיק הוא מאוכסן לזמן קצר במכילים העטופים סלילי על-מוליך היוצרים שדה מגנטי הדוחה את האנטי חלקיק למרכז. על שלב זה להיות קצר שכן בניגוד לאנטי פרוטונים בעלי משך החיים הארוך מאוד, לפוזיטרונים משך חיים קצר בהרבה. לאחר איכסונם מפגישים בין הפוזיטרונים לאנטי-פרוטונים ובכך מביאים ליצירת אנטי-חומר מימן. מרגע זה תמה השליטה על תנועתו של האנטי-חומר שכן הוא נמצא כרגע במצב בו מטענו החשמלי הוא נייטרלי ועל כן הוא אינו מגיב לשדה המגנטי הפועל עליו. במהירות נפגשים האנטי-חומר במעטפת החומר ומשחררים אנרגיה עקב השמדה הדדית. דרך צינון ושימור זאת אינה פועלת על האנטי-ניוטרון שאינו מגיב לשדות מגנטיים כלל. ניתן אומנם לצנן אותו באמצעות התנגשות באנטי-חומר קר יותר ואולם עדיין ישנם קשיים באיכסונו.