אנו מסבירים מהו אנטי-חומר, כיצד הוא התגלה, תכונותיו, ההבדלים עם החומר והיכן הוא נמצא.
מהו אנטי-חומר?
בפיזיקה של חלקיקים, אנטי-חומר הוא סוג החומר המורכב ממנואנטי חלקיקים, במקוםחלקיקים רגיל. זה סוג פחות שכיח של חוֹמֶר.
אנטי-חומר דומה מאוד לחומר נפוץ, ההבדל היחיד הוא ב מטען חשמלי של החלקיקים ובמספרים קוונטיים מסוימים. לפיכך, אנטי-אלקטרון, הנקרא גםפוזיטרון, זהו האנטי-חלקיק של האלקטרון, בעל אותן תכונות מלבד המטען, שהוא חיובי. אנטי-נייטרונים, לעומת זאת, הם ניטרליים (כמו נויטרונים) אך המומנטים המגנטיים שלהם מנוגדים. לבסוף, אנטי-פרוטונים שונים מפרוטונים בכך שהם טעונים שלילי.
על ידי אינטראקציה, אנטי-חומר וחומר מחסלים זה את זה לאחר כמה רגעים, ומשחררים כמויות אדירות שלאֵנֶרְגִיָה בצורה של פוטונים עתירי אנרגיה (קרני גמא) וזוגות חלקיקים-אנטי-חלקיקים יסודיים אחרים.
במחקרים שלגוּפָנִי ניתן להבחין בין חלקיקים ואנטי-חלקיקים באמצעות פס אופקי (מאקרו) על הסמלים המתאימים ל-פּרוֹטוֹן (פ),אֶלֶקטרוֹן (ה) ונֵיטרוֹן (נ).
אטומים המורכבים מאנטי-חלקיקים אינם קיימים באופן טבעי ב טֶבַע כי יחוסלו בחומר רגיל. רק כמות קטנה מאוד נוצרה בהצלחה בניסויים שמטרתם היווצרות אנטי-אטומים.
גילוי של אנטי-חומר
קיומו של אנטי-חומר הועלה ב-1928 על ידי הפיזיקאי האנגלי פול דיראק (1902-1984) כאשר יצא לנסח משוואה מתמטית המשלבת את העקרונות של תוֹרַת הָיַחֲסוּת אלברט איינשטיין וה פיזיקת קוונטים מאת נילס בוהר.
העבודה התיאורטית המפרכת הזו נפתרה בהצלחה ומשם התקבלה המסקנה שחייב להיות חלקיק מקביל לאלקטרון אך בעל מטען חשמלי חיובי. האנטי-חלקיק הראשון הזה נקרא אנטי-אלקטרון וידוע היום שהמפגש שלו עם אלקטרון רגיל מוביל להשמדה הדדית וליצירת פוטונים (קרני גמא).
לכן אפשר היה לחשוב על קיומם של אנטי-פרוטונים ואנטי-נייטרונים. התיאוריה של דיראק אושרה ב-1932, כאשר התגלו פוזיטרונים באינטראקציה בין קרניים קוסמיות לחומר רגיל.
מאז נצפתה השמדה הדדית של אלקטרון ואנטי-אלקטרון. הפגישה שלהם מהווה מערכת המכונה פוזיטרוניום, זמן מחצית חיים לעולם אינו עולה על 10-10 או 10-7 שניות.
לאחר מכן, במאיץ החלקיקים של ברקלי (קליפורניה, 1955) ניתן היה לייצר אנטי-פרוטונים ואנטי-נייטרונים באמצעות התנגשויות אטומיות באנרגיה גבוהה, לפי הנוסחה של איינשטיין של E = m.c2 (אנרגיה שווה מסה על ידי מהירות האור בריבוע).
באופן דומה, בשנת 1995 הושג האנטי-אטום הראשון הודות לארגון האירופי למחקר גרעיני (CERN). הפיזיקאים האירופים הללו הצליחו ליצור אטום מימן אנטי-חומר או אנטי-מימן, המורכב מפוזיטרון המקיף אנטי-פרוטון.
תכונות אנטי-חומר
מחקר שנערך לאחרונה על אנטי-חומר מצביע על כך שהוא יציב כמו חומר רגיל. עם זאת, התכונות האלקטרומגנטיות שלו הפוכות לאלו של החומר.
לא היה קל לחקור אותו לעומק, לאור העלויות הכספיות העצומות הכרוכות בייצורו במעבדה (כ-62,500 מיליון דולר למיליגרם שנוצר) ומשך הזמן הקצר מאוד.
המקרה המוצלח ביותר של יצירת אנטי-חומר במעבדה נמשך כ-16 דקות. למרות זאת, החוויות האחרונות הללו הובילו לאינטואיציה שלחומר ולאנטי-חומר אולי אין את אותן תכונות בדיוק.
היכן נמצא אנטי-חומר?
זוהי אחת התעלומות של אנטי-חומר, לה יש הרבה הסברים אפשריים. רוב התיאוריות על מקור ה עוֹלָם לקבל שבהתחלה הם היו קיימים פרופורציות כמו חומר ואנטי חומר.
עם זאת, כיום נראה שהיקום הנצפה מורכב אך ורק מחומר רגיל. הסברים אפשריים לשינוי זה מצביעים על יחסי הגומלין של חומר ואנטי חומר עם חומר אפל, או לאסימטריה ראשונית בין כמות החומר והאנטי-חומר שנוצרו במהלך המפץ הגדול.
מה שאנחנו כן יודעים הוא שייצור אנטי-חלקיקים טבעי מתרחש בטבעות ואן אלן של הפלנטה שלנו. טבעות אלו ממוקמות כאלפיים קילומטרים מפני השטח ומגיבות בצורה זו כאשר קרני גמא פוגעות ב אַטמוֹספֵרָה חִיצוֹנִי.
אנטי-חומר זה נוטה להתקבץ יחד, מכיוון שאין מספיק חומר רגיל באותו אזור כדי להשמיד את עצמו, וכמה מדענים חושבים שניתן להשתמש במשאב הזה כדי "לחלץ" אנטי-חומר.
בשביל מה אנטי-חומר?
לאנטי-חומר עדיין אין שימושים מעשיים רבים בתעשיות אנושיות, בשל הגבוה מאוד עלויות והתובעני טֶכנוֹלוֹגִיָה זה מרמז על הייצור והטיפול בו. עם זאת, יישומים מסוימים הם כבר מציאות.
לדוגמה, מבצעים סריקות טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET), מה שהצביע על כך שהשימוש באנטי-פרוטונים בטיפול בסרטן אפשרי ואולי יעיל יותר מטכניקות הפרוטונים הנוכחיות (רדיותרפיה).
עם זאת, היישום העיקרי של אנטי-חומר הוא כמקור של אֵנֶרְגִיָה. לפי המשוואות של איינשטיין, השמדת החומר והאנטי-חומר משחררת כל כך הרבה אנרגיה עד שק"ג של חומר / אנטי-חומר המשמיד יהיה פרודוקטיבי פי עשרה מיליארד מכל כל תגובה כימית ופי עשרת אלפים יותר מביקוע גרעיני.
אם ניתן לשלוט ולרתום את התגובות הללו, כל התעשיות ואפילו התחבורה ישתנו. לדוגמה, עשרה מיליגרם של אנטי-חומר יכולים להניע חללית עד מַאְדִים.