Anti-hidrogen

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În antimaterie , anti-hidrogenul este echivalentul hidrogenului . Deoarece atomul comun de hidrogen este compus dintr-un electron și un proton , atomul anti-hidrogen este alcătuit dintr-un pozitron și un antiproton . Simbolul său chimic (propus) este H , adică H cu o bară . [1]

Anti-hidrogenul constă dintr-un antiproton și un pozitron

Caracteristici

Conform teoremei CPT a fizicii particulelor, atomii anti-hidrogen ar avea multe dintre caracteristicile atomilor de hidrogen obișnuiți, adică aceeași masă , același moment magnetic și aceleași frecvențe de tranziție (vezi spectroscopia atomică ) între stările sale cuantice atomice. De exemplu, atomii anti-hidrogen excitați sunt păstrați să strălucească aceeași culoare cu cea a hidrogenului obișnuit. Atomii anti-hidrogen ar trebui să fie atrași gravitațional de altă materie sau antimaterie cu o forță de mărime egală cu cea care acționează asupra atomilor de hidrogen. Acest lucru nu ar fi adevărat dacă antimateria ar avea o masă gravitațională negativă (care este considerată extrem de puțin probabilă, deși nu a fost încă respinsă empiric).

Când atomii anti-hidrogen intră în contact cu materia obișnuită, aceștia se anihilează rapid, producând energie sub formă de raze gamma și particule de mare energie numite pioni . La rândul lor, acești pioni se descompun rapid în alte particule numite muoni , neutrini , pozitroni și electroni , iar aceste particule se dizolvă rapid. Totuși, dacă atomii anti-hidrogen ar fi suspendați în vid perfect , ar supraviețui la nesfârșit.

Experimente

Pe 20 decembrie 2016 , un articol a fost prezentat în Nature de către colaborarea internațională ALPHA a centrului de cercetare CERN care arată pentru prima dată că spectrul electromagnetic al unui atom anti-hidrogen este în concordanță cu cel emis de un atom de hidrogen cu o marjă incertitudine a câtorva părți din 10 15. [2]

Producție

În 1995, la CERN din Geneva , anti-hidrogenul a fost produs în LEAR pentru prima dată prin coliziunea antiprotonilor produși într-un accelerator de particule împotriva grupurilor de xenon . Când un antiproton se apropie de un nucleu, se poate produce o pereche electron-pozitron și, cu o anumită probabilitate, pozitronul va fi captat de antiproton pentru a forma anti-hidrogenul. Probabilitatea foarte scăzută de a produce anti-hidrogen în acest mod (aproximativ 10-19 ), a însemnat că această metodă nu era prea potrivită pentru producerea unor cantități mari de anti-hidrogen, [3] așa cum s-au arătat anterior în detaliu calculele. [4]

Într-un experiment realizat de cooperarea ATRAP și colaborarea ATHENA la CERN , pozitronii dintr-o sursă de sodiu radioactivă și antiprotonii au fost conduși împreună într-o capcană magnetică Penning , unde sinteza a avut loc la o rată tipică de 100 de atomi anti-hidrogen pe secundă. . Anti-hidrogenul a fost produs pentru prima dată prin aceste două colaborări în 2002 și, până în 2004, s-ar fi putut produce în acest fel aproximativ 100.000 de atomi anti-hidrogen.

Primii atomi anti-hidrogen sintetizați aveau o temperatură foarte ridicată (câteva mii de kelvini ), așa că aveau o mare energie cinetică care i-a determinat în scurt timp să lovească pereții echipamentului experimental și, în consecință, să anihileze. O soluție posibilă la această problemă ar fi producerea atomilor de antihidrogen la o temperatură atât de scăzută (poate o fracțiune de kelvin), astfel încât să poată fi capturați într-o capcană magnetică sau într-o capcană de frecvență radio combinată . În acest fel, atomii anti-hidrogen pot fi analizați cu fascicule laser și frecvențele tranzițiilor atomice pot fi măsurate cu precizie. Prin compararea tranzițiilor de hidrogen și anti-hidrogen, ar fi posibil să se stabilească dacă materia și antimateria se comportă exact în același mod.

Au fost raportate că antiprotonii și antielectronii au fost capturați simultan [5] și că s-a realizat răcirea necesară. [6] Există brevete detaliate despre cum se produce anti-hidrogen. [7]

Atomii de antimaterie precum antideuteriul ( D ), antitritiul ( T ) și antihelium ( He ) sunt mult mai greu de produs decât anti-hidrogenul. Dintre acestea, doar nucleele antideuterium au fost produse până acum și au viteze atât de mari încât sinteza lor va avea loc doar în multe decenii.

În 2011 , la CERN din Geneva , cercetătorii din experimentul ALPHA au sintetizat și au prins 38 de atomi anti-hidrogen pentru o perioadă de 172 de milisecunde. Acest rezultat, publicat în revista Nature , a stabilit un nou record în domeniul antimateriei . După cum s-a menționat deja, cantități considerabile de atomi anti-hidrogen au fost deja produse la CERN, dar fără a fi putut niciodată să le limiteze atât de mult timp (a fost întotdeauna o chestiune de câteva milisecunde de viață). Capcana magnetică utilizată în experimentul ALPHA a permis de asemenea răcirea anti-hidrogenului la o temperatură mai mică 0,5 K. Timpul și temperatura de închidere obținute la CERN au făcut posibilă pentru prima dată studierea spectrului atomic al anti-hidrogenului pentru a verifica simetria CPT , una dintre proprietățile fundamentale ale universului.

La 4 iunie 2011 , experimentul ALPHA a reușit să sintetizeze un număr mai mare de atomi anti-hidrogen, exact 309, care au fost anihilați în decurs de 1000 de secunde (peste 16 minute), o perioadă de timp enorm mai lungă. Comparativ cu ultimul experiment. [8]

Experimentul ASACUSA a fost primul experiment care a produs un fascicul de antimaterie (destinat ca atomi de antimaterie; de ​​fapt, cu fasciculele de antiprotoni la CERN, descoperirea bosonilor W și Z a fost posibilă încă din 1983, vezi Sincrotronul Super Proton ): în ianuarie 2014 a fost produs primul fascicul anti-hidrogen și ulterior 80 de atomi au fost identificați la 2,7 metri distanță de punctul de producție. [9] [10]

Notă

  1. ^ În engleză simbolul H se pronunță / ˌeɪtʃ ˈbɑr /
  2. ^ Spectrul antimateriei , în lescienze.it , 20-12-2016. Adus 14.01.2017 .
  3. ^ (EN) Oelert W. și M. Macri, G.Baur; G. Boero; S. Brauksiepe; A. Buzzo; W. Eyrich; R. Geyer; D. Grzonka; J. Hauffe; K. Kilian; M. LoVetere; M. Moosburger; R. Nellen; S. Trecerea; A. Ei bine; K. Röhrich; K. Sachs; G. Scheppers; T. Sefzick; RS Simon; R. Stratmann; F. Stinzing; M. Wolke, Production of Antihydrogen , in Physics Letters B , vol. 368, 1996, pp. 251ff.
  4. ^ (EN) A. Auctions, G. Baur, D. Trautmann, K. Hencken, Electromagnetic Pair Production with Capture, în Physical Review A , vol. 50, 1993, pp. 3980ff.
  5. ^ (EN) G. Gabrielse, DS Hall; T. Roach; P. Yesley; A. Khabbaz; J. Estrada; C. Heimann; H. Kalinowsky, Ingredientele antihidrogenului rece: confinarea simultană a antiprotonilor și pozitronilor la 4 K , în Physics Letters B , vol. 455, nr. 1-4, 1999, pp. 311-315, DOI : 10.1016 / S0370-2693 (99) 00453-0 .
  6. ^ (EN) G. Andresen, și colab., Antimatter Plasmas in a Multipole Trap for Antihydrogen , în PRL , vol. 98, 2007, p. 023402, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.98.023402 .
  7. ^ (EN) Hessels Eric Arthur, Proces pentru producerea de antihidrogen , în brevetul SUA, vol. 6163587, decembrie 2000.
  8. ^ CERN 300 de atomi anti-hidrogen „blocați” timp de peste 16 minute , pe ansa.it , ANSA. Adus pe 5 iunie 2011 .
  9. ^ (EN) Experimentul antimaterie produce primul fascicul de antihidrogen , pe home.web.cern.ch. la 25 ianuarie 2014 (arhivat de la adresa URL originală de arhivă URL ) .
  10. ^ ASACUSA: primul fascicul de antimaterie , pe repubblica.it .

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității GND ( DE ) 4581430-2
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Anti-hidrogen&oldid=111704448 ”