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Vernichtung eines negativ geladenen Elektrons (e⁻) und ein positiv geladenes Positron (e) (links) wobei a Photon (γ, Mitte), die sich in ein Elektron und Positron (rechts) verwandelt.

Laut der Physik gibt es irgendeine art Elementarteilchen ein Antiteilchen, von denen einige die gleichen physikalischen Eigenschaften haben, aber unterschiedliche Eigenschaften (einschließlich der elektrische Ladung) sind genau das Gegenteil.

Angelegenheit aus Antiteilchen besteht, heißt Antimaterie. Wenn ein Teilchen mit seinem Antiteilchen kollidiert, vernichten einander und ihre Masse wird entsprechend der in Energie umgewandelt Masse-Energie-Beziehung E = mc².

Geschichte

Die erste Sichtung von a Positron von Carl Anderson im Jahr 1932. Eine 6 mm dicke Bleiplatte verläuft horizontal und teilt die Nebelkammer in zwei Teile. Die oberste Spur, die an der Bleiplatte beginnt, stammt vom Positron.

Im 1928 kam Paul Dirac zunächst mit einer mathematischen Formulierung für die Elektron gemäß dem relativistische Quantenmechanik (eine Kombination aus spezielle Relativitätstheorie und der Quantenmechanik). Seine Beschreibung sagte voraus, dass auch das Antiteilchen des Elektrons existieren sollte. Im 1932 das Teilchen wurde entdeckt von Carl Anderson. Er sah die Spuren eines Teilchens in a Nebelgefäß, was einem Elektron entsprach, aber in a Magnetfeld symmetrisch in die andere Richtung gebogen: Es musste positiv geladen sein. Er nannte dieses Antiteilchen des Elektrons Positron.

Eigenschaften

Ein Antiteilchen hat das gleiche Masse und Spinne als entsprechendes Teilchen. Die anderen Eigenschaften (nämlich die erhalten Größen) sind genau umgekehrt. So hat es Anti-Elektron (ebenfalls Positron genannt) ebenso wie die Elektronenmasse 0.511 MeV und Spin ½, aber davon abweichend Leptonenzahl −1 und elektrische Ladung 1.

Die bekanntesten Teilchen bilden die folgenden Paare:

		Mengen beibehalten			Andere
Partikel	Symbol	Ladung Q	Leptonenzahl l	Baryonenzahl B	Spinne J	Masse (MeV/c²)
Proton	${displaystyle p,}$	1	0	1	1/2	938,3
Antiproton	${displaystyle {ar {p}},}$	−1	0	−1
Neutron	${displaystyle n,}$	0	0	1	1/2	939,6
Antineutron	${displaystyle {ar {n}},}$	0	0	−1
Elektron	e−	−1	1	0	1/2	0,511
Positron (Anti-Elektron)	e	1	−1	0
Photon, äquivalent zu Anti-Photonen	γ	0	0	0	1	0

In dieser Tabelle sind die Massen in Mega-Elektronenvolt (MeV), die Gebühren in der elementarladunge, und die Spinne darin elementarer Drehimpuls${displaystyle hbar }$. Es gibt noch andere Erhaltungsgrößen als die hier genannten elektrische Ladung (Q), Leptonenzahl (L) und Baryonenzahl (B):

• Amulett (C) (ist 1 für die c-Quark)
• Seltsamkeit (S) (ist −1 für die so-Quark)
• Top (ist 1 für unter anderem die t-Quark)
• Unten (ist −1 für unter anderem die b-Quark).

Wenn ein Teilchen instabil ist, ist es auch sein Antiteilchen, mit dem gleichen Durchschnittliches Leben. Die Zerfallsprodukte des Antiteilchens sind dann die Antiteilchen der Zerfallsprodukte des Teilchens.

Die obigen Beispiele sind Fermionenaus der Materie aufgebaut ist. Biene Bosonen Anders ist es: Das sind wechselwirkende Teilchen, die weder zur Materie noch zur Antimaterie gehören. So sind die positiven Pfand π und das Negative⁻ Antiteilchen des anderen, aber sie treten unter den gleichen Bedingungen auf, und es gibt keinen Grund, das eine als Teilchen und das andere als Antiteilchen zu bezeichnen. Der neutrale Bauer π⁰, es Photon und viele andere neutrale Bosonen sind ihr eigenes Antiteilchen; auch dort hat der Begriff Antimaterie wenig oder keine Bedeutung.

Antimaterie kommt unter normalen Bedingungen auf der Erde vor. Es wird im Labor oder in einem Teilchenbeschleuniger hergestellt, oder es entsteht in Kernreaktionen. An einer PET-Scan wird eingesetzt radioaktiv Stoffe, die bei einer Kernreaktion ein Positron (Antielektron) emittieren. Normalerweise wird eine Art von Antiteilchen hergestellt, aber im Jahr 2002 ist es CERN gelang es, Antiprotonen und Positronen zu antiWasserstoffatome und studieren ihre Eigenschaften. Sie schienen sich wie normaler Wasserstoff zu verhalten. Ende 2010 wurden 38 Antiwasserstoffatome erzeugt und innerhalb einer Zehntelsekunde gefangen.^[1] Am 6. Juni 2011 stellte das CERN einen neuen Rekord auf: Es gelang, rund 300 Antiwasserstoffpartikel für mehr als 15 Minuten zurückzuhalten.

Vernichtung

Wenn sich ein Teilchen und sein Antiteilchen treffen, Vernichtung ein Vorgang, bei dem beide Teilchen zerstört und viel Energie freigesetzt wird, nach E=mc².

In einigen Fällen werden nur die internen Energie der Teilchen, die sich als ihre Masse (Es wird gesagt, dass die gesamte Masse in Energie umgewandelt wird). Diese Energie entweicht dann in Form von elektromagnetische Strahlung. So geht's Elektron-Positron-Paar in zwei Photonen. Ein Gramm Materie mit einem Gramm Antimaterie bei vollständiger Vernichtung ergibt 1,8 × 10¹⁴Joule Energie, 43 Kilotonnen TNT oder die Verbrennungsenergie von rund 30.000 Barrel Rohöl.

In anderen Fällen erzeugt die Vernichtung alle Arten von Teilchen, wie z Bauern und Neutrinos, die teilweise nach kurzer Zeit ablaufen. Bei der Vernichtung eines sich mit geringer Geschwindigkeit berührenden Proton-Antiproton-Paares ergibt sich in 20% der Fälle:

${displaystyle p{ ar {p}}ightarrow 2pi ^{ },2pi ^{-},pi ^{0}ightarrow 2mu ^{ },2mu ^{-},2u _{mu},2{ ar {u } }_{mu},2gamma}$.

Die Vernichtungsprodukte sind in diesem Fall Pionen (π), die wiederum nach kurzer Zeit in (anti)Myonen (μ), (anti)Neutrino's (ν) und Photonen (γ). Die Myonen zerfallen dann schnell wieder.

Umgekehrt kann, wenn an einem Ort genügend Energie zur Verfügung steht, diese verwendet werden, um ein Teilchen-Antiteilchen-Paar zu bilden. Solche Paare entstehen auch kurzzeitig durch EnergieSchwankungen.

Antimaterie im Universum

Im am Menschen untersuchten Teil der Universum es gibt fast nur gewöhnliche Materie. Das ist in Anbetracht des oben Gesagten bemerkenswert: Aus dem "Nichts" würden Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen entstehen. Über die Ursache gibt es mehrere Hypothesen.

• Während der Urknall wurde Über gleiche Menge an Materie und Antimaterie. Es gab jedoch etwas mehr Materie als Antimaterie, und nach einem groß angelegten Vernichtungsprozess blieb nur etwas Materie übrig. Deshalb besteht das gegenwärtige Universum fast ausschließlich aus Materie und es gibt so viel Strahlung im Universum (Strahlung, die von den Vernichtungen kommt).
• Eine andere Hypothese ist, dass ein großer, weit entfernter (und dennoch unbeobachteter) Teil des Universums vollständig aus Antimaterie besteht. Als es entstand, wäre alle Materie in einem Teil gelandet und die Antimaterie in einem anderen Teil. Dabei ist zu beachten, dass wir Himmelskörper hauptsächlich durch die emittierten Photonen, und ein Photon ist gleich seinem Antiteilchen (ein Photon ist dasselbe wie ein Antiphoton), sodass kein Unterschied zu sehen ist.

Im April 1997 Es wurde festgestellt, dass in der Mitte des Milchstraße Positronen entstanden. Das Compton-Gammastrahlen-Observatorium von NASA Positronenwolken entdeckt.

Im Juli 2003 wurde von einem Forscherteam der NASA entdeckte, dass gigantische Explosionen auf der Sonne, die sogenannten Sonneneruptionen, Antimaterie entsteht. Die Forscher verwendeten den Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) der NASA, um die hochenergetischen Bilder abzubilden Röntgen- und gamma Strahlen studieren.

2011, mit dem letzten Flug von Space ShuttleBemühen, das Alpha-Magnetspektrometer zum ISS transportiert. Dort wird er zehn Jahre lang an Antimaterie forschen und Dunkle Materie.

In mehreren hundert Kilometern Höhe ist die Erde von einem Gürtel umgeben, in dem relativ viele Antiprotonen vorkommen.^[2] Diese werden von der Erdmagnetfeld gefangen und existieren weiter, da in dieser Höhe nur wenig normale Materie vorhanden ist, so dass keine Vernichtung auftritt. Vor allem im Südatlantische Anomalie, werden hohe Konzentrationen gemessen, die nicht durch normalen Zerfall erklärt werden können. Zu diesem Ergebnis kam ein internationales Physiker-Team 2011 basierend auf Messungen des PAMELA-Experiments (Payload for Antimaterie Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics). Dies ist ein europäisches Satellitenexperiment, das vor fünf Jahren gestartet wurde. Es wird spekuliert, dass diese Antimaterie in Zukunft in einem Antimaterie-Laufwerk verwendet werden könnte.^[3]

Wissenswertes

• Im Buch Das Bernini-Geheimnis von Dan Brown Vater und Tochter Vetra gelingt es, Antimaterie in einem speziell entwickelten Zylinder zu produzieren und zu speichern. Dieser Zylinder ist gestohlen und in Vatikanstadt gepostet als Bombe. Das Labor CERN hat eine spezielle Webseite^[4] geöffnet, um zu erklären, dass dies nicht möglich ist.
• In verschiedenen Science-Fiction-Franchises wie Star Trek Antimaterie wird als ultimativer Treibstoff für Raumschiffe verwendet. Da bei begrenzter Masse enorm viel Energie gebildet wird, könnte dies Speicherprobleme lösen. Es gibt keine konkreten Pläne der Weltraumorganisationen, dies in der Realität umzusetzen.^[5]

Siehe auch

• Anti-Alpha-Partikel
• Standardmodell der Teilchenphysik
• Teilchenphysik
• subatomares Teilchen
• Elementarteilchen
• Masse-Energie-Beziehung

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