Για καθένα από τα βασικά σωματίδια της ύλης, υπάρχει επίσης μια έκδοση «καθρέφτης» -ή αντισωματίδιο- στην οποία ορισμένες ιδιότητες όπως το ηλεκτρικό φορτίο είναι ανεστραμμένες. Αυτή είναι η λεγόμενη αντιύλη
Τόπος: Μ. Βρετανία. Χρονιά: 1928. Ένας από τους θεμελιακούς θεωρητικούς της κβαντικής μηχανικής, ο Paul Dirac, ξύνει με απορία το κεφάλι του, γιατί οι λύσεις στις εξισώσεις του, τον έχουν οδηγήσει σε απρόσμενα συμπεράσματα. Για να βγάζουν νόημα τα αποτελέσματά των εξισώσεων του, σκέφτηκε ότι θα έπρεπε να υπάρχει ένα σωματίδιο, το οποίο θα είχε μάζα ίση με αυτή ενός ηλεκτρονίου, αλλά το αντίθετο φορτίο. Μέχρι εκείνη τη στιγμή η ύπαρξη κάτι τέτοιου δεν ήταν γνωστή.
Πέρασαν πολλά χρόνια μέχρι να παρατηρήσει ο Αμερικανός Φυσικός Carl Anderson ένα θετικό ηλεκτρόνιο το οποίο να επιβεβαιώνει την πρόβλεψη του Dirac.
Σχεδόν 80 χρόνια αργότερα, τα ποζιτρόνια καθώς και άλλα αντι-μόρια, μελετούνται ακόμα στην προσπάθεια να δοθούν απαντήσεις σε θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με το σύμπαν και την ύλη που αυτό περιέχει.
Η αντιύλη όπως υπαινίσσεται και ο όρος, μπορεί να περιγραφεί σαν το αντίθετο της συνηθισμένης ύλης. Το κάθε σωματίδιο στο σύμπαν έχει χαρακτηριστικά όπως είναι η μάζα και το φορτίο. Στην αντιύλη η μάζα παραμένει σταθερή ενώ το σημείο του φορτίου αντιστρέφεται. Όλα τα μόρια έχουν τα αντίστοιχά τους στην αντιύλη, ακόμη και το νετρόνιο που δεν έχει καθόλου φορτίο (τα συστατικά του κουάρκ έχουν φορτίο, το αντι- νετρόνιο αποτελείται από αντι-κουάρκ).
Σε αντίθεση με την ύλη η αντιύλη δεν είναι κοινή στο σύμπαν. Εκτός κι αν βρισκόμαστε στην ανώτερη ατμόσφαιρα, ή μέσα σε έναν επιταχυντή μορίων, δεν πρόκειται να σκοντάψουμε πάνω της. Η αντιύλη δεν ήταν πάντα τόσο σπάνια, σχολιάζει ο Stephane Coutou, μοριακός φυσικός στην Πολιτεία του Penn. Υπήρξε μια εποχή που ήταν τόσο διαδεδομένη όσο και η ίδια η ύλη.
Στην περίοδο ακριβώς μετά το Big Bang, όπως μας εξηγεί ο S. Coutou, πιστεύουμε ότι πρέπει να υπήρχαν ακριβώς οι ίδιες ποσότητες από ύλη και αντιύλη στο σύμπαν και εξ’ αιτίας μιας μικρής ασυμμετρίας στους νόμους αλληλεπίδρασης των μορίων, όλη η αντιύλη καθώς και η μεγαλύτερη ποσότητα της ύλης στο πρώιμο σύμπαν, εκμηδενίστηκαν. Έτσι φτάνουμε σήμερα να έχουμε ένα σύμπαν κυριαρχούμενο από την ύλη. Η μελέτη των αλληλεπιδράσεων ύλης- αντιύλης είναι μόνο μια ματιά στα πρώτα λίγα λεπτά ενός νεογέννητου σύμπαντος.
Για τη διεξαγωγή της έρευνας του για την αντιύλη, ο Stephane Coutou στέλνει υπερευαίσθητους ανιχνευτές στα όρια της ατμόσφαιρας, πάνω σε μπαλόνια μεγάλου υψόμετρου. Ψάχνει μ’ αυτόν τον τρόπο για αντιύλη μέσα στην κοσμική ακτινοβολία, που κατακλύζει τη γη. Αυτό το "ψέκασμα" αντιύλης μπορεί να αποτελεί κάτι σαν "υπογραφή" για όλων των ειδών τις αλληλεπιδράσεις των μορίων, που συμβαίνουν στο γαλαξία μας.
Κάποιοι φυσικοί αντί να παρατηρούν την αντιύλη που παράγεται μέσω της φύσης, την μελετούν δημιουργώντας τη δική τους αντιύλη σε έναν επιταχυντή μορίων. Όταν τα συνηθισμένα μόρια επιταχύνονται σε πολύ μεγάλες ταχύτητες, και μετά συγκρούονται μεταξύ τους, τα αντι-μόρια γεννιούνται από τις απορρέουσες υψηλής ενέργειας εκρήξεις, όπως μας εξηγεί ο Stephane Coutou. Αυτά τα αντι-μόρια έχουν μικρή διάρκεια ζωής , και πάντοτε συναντούν το κοινής-ύλης αντίστοιχό τους, σε μια καταστροφική διαδικασία που λέγεται εκμηδενισμός.
Ο εκμηδενισμός δεν συνεπάγεται την ολοκληρωτική εξαφάνιση των μορίων, απλά σημαίνει ότι η ενέργειά τους παίρνει διαφορετική μορφή.
Η επιστημονική φαντασία βρίθει από ιστορίες μοριακής εκμηδένισης υψηλής ενέργειας, και πράγματι τα όπλα αντιύλης έχουν κάνει την εμφάνισή τους σε επίκαιρες και με πολύ υψηλές πωλήσεις νουβέλες. Αυτά δεν είναι ρεαλιστικά σενάρια, λέει ο Stephane Coutou. Κάτι τέτοιο δεν θα ήταν καθόλου πρακτικό, εξαιτίας των μεγάλων δυσκολιών που παρουσιάζονται στην παραγωγή και στη συντήρηση σημαντικών ποσοτήτων αντιύλης.
Η τεχνολογία που χρησιμοποιεί τις ιδιότητες της αντιύλης, στην πραγματικότητα είναι εφαρμόσιμη και εκτός της επιστημονικής φαντασίας. Ο τομογράφος εκπομπής ποζιτρονίων (PET) είναι μια ιατρική εφαρμογή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον εντοπισμό του καρκίνου, στη μέτρηση της ροής του αίματος και στον εντοπισμό της νόσου της στεφανιαίας αρτηρίας. Σε μια εξέταση PET, "χορηγείται ενδοφλέβια μια μικρή ποσότητα ραδιενεργής ουσίας στον ασθενή, η οποία παράγει ποζιτρόνια που έπειτα φθίνουν μέσα στο σώμα" εξηγεί ο Stephane Coutou. "Εντοπίζοντας τα φωτόνια υψηλής ενέργειας (ακτίνες γάμα), τα οποία παράγονται από τον εκμηδενισμό των ποζιτρονίων με τα ηλεκτρόνια μέσα στο σώμα, μπορούμε να σχεδιάσουμε ένα χάρτη των περιοχών του σώματος όπου έχει απλωθεί η ραδιενεργός ουσία".
Η αντι-ύλη μπορεί να μη χρησιμοποιηθεί ποτέ για την κατασκευή μιας βόμβας, θα γνωρίσει όμως σίγουρα ένα λαμπρό μέλλον σαν αντι-όπλο, στον τομέα των ιατρικών διαγνωστικών εργαλείων, που μπορούν να σώσουν ζωές.
Πηγή
Τόπος: Μ. Βρετανία. Χρονιά: 1928. Ένας από τους θεμελιακούς θεωρητικούς της κβαντικής μηχανικής, ο Paul Dirac, ξύνει με απορία το κεφάλι του, γιατί οι λύσεις στις εξισώσεις του, τον έχουν οδηγήσει σε απρόσμενα συμπεράσματα. Για να βγάζουν νόημα τα αποτελέσματά των εξισώσεων του, σκέφτηκε ότι θα έπρεπε να υπάρχει ένα σωματίδιο, το οποίο θα είχε μάζα ίση με αυτή ενός ηλεκτρονίου, αλλά το αντίθετο φορτίο. Μέχρι εκείνη τη στιγμή η ύπαρξη κάτι τέτοιου δεν ήταν γνωστή.
Πέρασαν πολλά χρόνια μέχρι να παρατηρήσει ο Αμερικανός Φυσικός Carl Anderson ένα θετικό ηλεκτρόνιο το οποίο να επιβεβαιώνει την πρόβλεψη του Dirac.
Σχεδόν 80 χρόνια αργότερα, τα ποζιτρόνια καθώς και άλλα αντι-μόρια, μελετούνται ακόμα στην προσπάθεια να δοθούν απαντήσεις σε θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με το σύμπαν και την ύλη που αυτό περιέχει.
Η αντιύλη όπως υπαινίσσεται και ο όρος, μπορεί να περιγραφεί σαν το αντίθετο της συνηθισμένης ύλης. Το κάθε σωματίδιο στο σύμπαν έχει χαρακτηριστικά όπως είναι η μάζα και το φορτίο. Στην αντιύλη η μάζα παραμένει σταθερή ενώ το σημείο του φορτίου αντιστρέφεται. Όλα τα μόρια έχουν τα αντίστοιχά τους στην αντιύλη, ακόμη και το νετρόνιο που δεν έχει καθόλου φορτίο (τα συστατικά του κουάρκ έχουν φορτίο, το αντι- νετρόνιο αποτελείται από αντι-κουάρκ). Στην περίοδο ακριβώς μετά το Big Bang, όπως μας εξηγεί ο S. Coutou, πιστεύουμε ότι πρέπει να υπήρχαν ακριβώς οι ίδιες ποσότητες από ύλη και αντιύλη στο σύμπαν και εξ’ αιτίας μιας μικρής ασυμμετρίας στους νόμους αλληλεπίδρασης των μορίων, όλη η αντιύλη καθώς και η μεγαλύτερη ποσότητα της ύλης στο πρώιμο σύμπαν, εκμηδενίστηκαν. Έτσι φτάνουμε σήμερα να έχουμε ένα σύμπαν κυριαρχούμενο από την ύλη. Η μελέτη των αλληλεπιδράσεων ύλης- αντιύλης είναι μόνο μια ματιά στα πρώτα λίγα λεπτά ενός νεογέννητου σύμπαντος.
Για τη διεξαγωγή της έρευνας του για την αντιύλη, ο Stephane Coutou στέλνει υπερευαίσθητους ανιχνευτές στα όρια της ατμόσφαιρας, πάνω σε μπαλόνια μεγάλου υψόμετρου. Ψάχνει μ’ αυτόν τον τρόπο για αντιύλη μέσα στην κοσμική ακτινοβολία, που κατακλύζει τη γη. Αυτό το "ψέκασμα" αντιύλης μπορεί να αποτελεί κάτι σαν "υπογραφή" για όλων των ειδών τις αλληλεπιδράσεις των μορίων, που συμβαίνουν στο γαλαξία μας. Ο εκμηδενισμός δεν συνεπάγεται την ολοκληρωτική εξαφάνιση των μορίων, απλά σημαίνει ότι η ενέργειά τους παίρνει διαφορετική μορφή.
Η επιστημονική φαντασία βρίθει από ιστορίες μοριακής εκμηδένισης υψηλής ενέργειας, και πράγματι τα όπλα αντιύλης έχουν κάνει την εμφάνισή τους σε επίκαιρες και με πολύ υψηλές πωλήσεις νουβέλες. Αυτά δεν είναι ρεαλιστικά σενάρια, λέει ο Stephane Coutou. Κάτι τέτοιο δεν θα ήταν καθόλου πρακτικό, εξαιτίας των μεγάλων δυσκολιών που παρουσιάζονται στην παραγωγή και στη συντήρηση σημαντικών ποσοτήτων αντιύλης. Η αντι-ύλη μπορεί να μη χρησιμοποιηθεί ποτέ για την κατασκευή μιας βόμβας, θα γνωρίσει όμως σίγουρα ένα λαμπρό μέλλον σαν αντι-όπλο, στον τομέα των ιατρικών διαγνωστικών εργαλείων, που μπορούν να σώσουν ζωές.
Πηγή
0 σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου