- Phản vật chất là gì?
- Khám phá phản vật chất
- Thuộc tính phản vật chất
- Phản vật chất được tìm thấy ở đâu?
- Phản vật chất để làm gì?
Chúng tôi giải thích phản vật chất là gì, nó được phát hiện như thế nào, tính chất của nó, sự khác biệt với vật chất và nơi nó được tìm thấy.
Phản vật chất là gì?
Trong vật lý hạt, phản vật chất là loại vật chất được tạo thành từphản hạt, thay vìvật rất nhỏ bình thường. Nó là một loại ít thường xuyên hơn vấn đề.
Phản vật chất rất giống với vật chất thông thường, điểm khác biệt duy nhất là sạc điện của các hạt và ở một số số lượng tử. Do đó, một phản điện tử, còn được gọi làhạt dương Tử, Nó là phản hạt của electron, có tính chất giống nhau, trừ điện tích, là cực dương. Mặt khác, Antineutron là trung hòa (giống như neutron) nhưng mômen từ của chúng ngược lại. Cuối cùng, phản proton khác với proton ở chỗ chúng mang điện tích âm.
Bằng cách tương tác, phản vật chất và vật chất tiêu diệt lẫn nhau sau một vài khoảnh khắc, giải phóng một lượng lớnNăng lượng ở dạng photon năng lượng cao (tia gamma) và các cặp hạt - phản hạt cơ bản khác.
Trong các nghiên cứu vềthuộc vật chất Sự phân biệt giữa các hạt và phản hạt bằng cách sử dụng một thanh ngang (macro) trên các ký hiệu tương ứng vớiproton (P),điện tử (e) vànơtron (n).
Nguyên tử được tạo thành từ phản hạt không tồn tại tự nhiên trong Thiên nhiên bởi vì chúng sẽ bị tiêu diệt bằng vật chất thông thường. Chỉ một lượng rất nhỏ đã được tạo ra thành công trong các thí nghiệm nhằm mục đích hình thành phản nguyên tử.
Khám phá phản vật chất
Sự tồn tại của phản vật chất được nhà vật lý người Anh Paul Dirac (1902-1984) đưa ra lý thuyết vào năm 1928 khi ông bắt đầu lập một phương trình toán học kết hợp các nguyên tắc của thuyết tương đối Albert Einstein và vật lý lượng tử của Niels Bohr.
Công việc lý thuyết gian khổ này đã được giải quyết thành công và từ đó người ta thu được kết luận rằng phải có một hạt tương tự như electron nhưng mang điện dương. Phản hạt đầu tiên này được gọi là phản điện tử và ngày nay người ta biết rằng sự gặp gỡ của nó với một điện tử thông thường dẫn đến sự tiêu diệt lẫn nhau và tạo ra các photon (tia gamma).
Do đó, người ta có thể nghĩ về sự tồn tại của phản proton và phản proton. Thuyết Dirac được xác nhận vào năm 1932, khi positron được phát hiện trong sự tương tác giữa các tia vũ trụ và vật chất thông thường.
Kể từ đó, sự triệt tiêu lẫn nhau của một điện tử và một phản điện tử đã được quan sát thấy. Cuộc họp của họ tạo thành một hệ thống được gọi là positronium, thời gian bán thải không bao giờ quá 10-10 hoặc 10-7 giây.
Sau đó, trong máy gia tốc hạt Berkeley (California, 1955), người ta có thể tạo ra phản proton và phản proton thông qua các vụ va chạm nguyên tử năng lượng cao, theo công thức của Einstein về E = m.c2 (năng lượng bằng khối lượng qua tốc độ ánh sáng bình phương).
Tương tự, vào năm 1995, phản nguyên tử đầu tiên đã có được nhờ Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN). Các nhà vật lý châu Âu này đã cố gắng tạo ra một nguyên tử hydro hoặc phản hydro phản vật chất, được tạo thành từ một positron quay quanh một phản proton.
Thuộc tính phản vật chất
Nghiên cứu gần đây về phản vật chất cho thấy nó ổn định như vật chất thông thường. Tuy nhiên, các đặc tính điện từ của nó lại nghịch với các đặc tính của vật chất.
Thật không dễ dàng để nghiên cứu sâu về nó, do chi phí tiền tệ khổng lồ liên quan đến việc sản xuất nó trong phòng thí nghiệm (khoảng 62.500 triệu USD cho mỗi miligam được tạo ra) và thời gian của nó rất ngắn.
Trường hợp tạo phản vật chất thành công nhất trong phòng thí nghiệm kéo dài khoảng 16 phút. Mặc dù vậy, những trải nghiệm gần đây đã dẫn đến trực giác rằng vật chất và phản vật chất có thể không có cùng các đặc tính chính xác.
Phản vật chất được tìm thấy ở đâu?
Đây là một trong những bí ẩn về phản vật chất, có rất nhiều cách giải thích. Hầu hết các lý thuyết về nguồn gốc của vũ trụ chấp nhận rằng ngay từ đầu họ đã tồn tại tỷ lệ tương tự như vật chất và phản vật chất.
Tuy nhiên, hiện tại, vũ trụ có thể quan sát được dường như chỉ được cấu tạo bởi vật chất thông thường. Những lời giải thích có thể có cho sự thay đổi này chỉ ra sự tương tác của vật chất và phản vật chất với vật chất tối, hoặc sự bất đối xứng ban đầu giữa lượng vật chất và phản vật chất được tạo ra trong quá trình vụ nổ lớn.
Những gì chúng ta biết là các quá trình phản hạt tự nhiên diễn ra trong Vòng Van Allen của hành tinh chúng ta. Những vòng này nằm cách bề mặt khoảng hai nghìn km và phản ứng theo cách này khi tia gamma chiếu vào bầu khí quyển Ngoại thất.
Phản vật chất này có xu hướng kết tụ lại với nhau, vì không có đủ vật chất thông thường trong khu vực đó để tự hủy và một số nhà khoa học nghĩ rằng nguồn tài nguyên này có thể được sử dụng để "chiết xuất" phản vật chất.
Phản vật chất để làm gì?
Phản vật chất vẫn chưa có nhiều ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp của con người, do nó rất cao chi phí và đòi hỏi Công nghệ điều đó có nghĩa là sản xuất và xử lý của nó. Tuy nhiên, một số ứng dụng đã trở thành hiện thực.
Ví dụ, chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) được thực hiện, điều này đã gợi ý rằng việc sử dụng phản proton trong điều trị ung thư là có thể thực hiện được và có lẽ hiệu quả hơn các kỹ thuật proton hiện nay (xạ trị).
Tuy nhiên, ứng dụng chính của phản vật chất là nguồn gốc của Năng lượng. Theo các phương trình của Einstein, sự tiêu diệt vật chất và phản vật chất giải phóng nhiều năng lượng đến mức một kg vật chất / phản vật chất bị tiêu diệt sẽ có năng suất cao gấp mười tỷ lần so với bất kỳ phản ứng hóa học và gấp vạn lần so với sự phân hạch hạt nhân.
Nếu những phản ứng này có thể được kiểm soát và khai thác, tất cả các ngành công nghiệp và thậm chí cả giao thông vận tải sẽ thay đổi. Ví dụ, mười miligam phản vật chất có thể đẩy một tàu vũ trụ lên tới Sao Hoả.