Antiproton

Antimatter

Overview

Annihilation

Devices

• Particle accelerator

Penningfælde

Antipartikler

• Positron
• Antiproton
• Antineutron

Anvendelser

• Positronemission

Anvendelser

• Positronemission Tomografi
• Brændsel
• Våben

Videnskabelige organer

• ALPHA Collaboration
• ATHENA
• ATRAP
• CERN

Personer

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sakharov

redigér

En antiproton (symbol p, udtales p-bar) er protonens antipartikel. En antiproton er relativt stabil, men den har typisk kort levetid, fordi enhver kollision med en proton vil medføre, at begge partikler bliver annihileret i et energiudbrud. Den blev opdaget i 1955 af fysikerne Emilio Segrè og Owen Chamberlain fra University of California, Berkeley, og de fik Nobelprisen i fysik i 1959 for denne opdagelse. På CERN i Genève, Schweiz, og Fermilab i Batavia, Illinois, fremstilles antiprotoner rutinemæssigt og bruges til videnskabelig forskning.

Antiproton

Protonens kvarkstruktur.

Klassifikation:

Baryon

Egenskaber

Theoretisk set består en antiproton af to anti-up kvarker og en anti-down kvark, symboliseret som uud.

Antiprotonens egenskaber forudsiges af CPT-symmetrien at være nøjagtigt relateret til protonens egenskaber. Navnlig forudsiger CPT-symmetrien, at antiprotonens masse og levetid er de samme som protonens, og at antiprotonens elektriske ladning og magnetiske moment er modsat fortegn og lige store som protonens.

Medio juni 2006 lykkedes det videnskabsmænd fra CERN (Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning, eller på fransk Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) at bestemme antiprotonens masse, som de målte til 1.836,153674(5) gange mere massiv end en elektron. Dette er nøjagtig det samme som massen af en “almindelig” proton, som forudsagt. Dannelsen af antimaterie er relateret til spørgsmål om, hvad der skete omkring Big Bang-tidspunktet, og hvorfor der i dag er så lille en mængde antimaterie tilbage i vores solsystem.

Kunstig produktion

Dannelsen af antiprotoner kræver energi svarende til en temperatur på ti billioner K (1013 K), hvilket ikke opnås under de fleste naturlige forhold. På CERN (den europæiske organisation for nuklear forskning, eller på fransk Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) accelereres protoner imidlertid i proton-synkrotronen (PS) til en energi på 26 GeV og smadres derefter ind i en iridiumstang. Protonerne preller af på iridiumkernerne med tilstrækkelig energi til, at der kan skabes stof. Der dannes en række partikler og antipartikler, og antiprotonerne adskilles ved hjælp af magneter i vakuum.

Forekomst i naturen

Antiprotoner er blevet påvist i kosmisk stråling i over 25 år, først ved ballonbårne eksperimenter og senest ved satellitbaserede detektorer. Standardbilledet for deres tilstedeværelse i kosmisk stråling er, at de dannes ved kollisioner mellem kosmiske stråleprotoner og atomkerner i det interstellare medium via reaktionen:

p A → p p p p p A

De sekundære antiprotoner (p) forplanter sig derefter gennem galaksen, begrænset af de galaktiske magnetfelter. Deres energispektrum ændres ved kollisioner med andre atomer i det interstellare medium, og antiprotoner kan også gå tabt ved at “sive ud” af galaksen.

Energispektret for antiprotoner i den kosmiske stråle er nu målt pålideligt og er i overensstemmelse med dette standardbillede af antiprotonproduktion ved kollisioner med kosmiske stråler. Dette sætter øvre grænser for antallet af antiprotoner, der kan produceres på eksotiske måder, f.eks. ved annihilation af supersymmetriske mørke stofpartikler i galaksen eller ved fordampning af primordiale sorte huller. Dette giver også en nedre grænse for antiprotonernes levetid på omkring en til ti millioner år. Da den galaktiske opbevaringstid for antiprotoner er ca. ti millioner år, vil en iboende henfaldstid ændre den galaktiske opholdstid og forvrænge spektret af antiprotoner fra kosmisk stråling. Dette er betydeligt mere stringent end de bedste laboratoriemålinger af antiprotonernes levetid:

• LEAR-samarbejdet ved CERN: 0,8 år
• Antihydrogen Penning-fælde af Gabrielse et al: 0,28 år
• APEX-samarbejdet ved Fermilab: 50.000 år for p → μ- + X og 300.000 år for p → e- + γ

Eksperimentel detektion i kosmisk stråling

Nyere eksperimenter til detektion af antiprotoner i kosmisk stråling omfatter følgende:

• BESS: Ballonbårent eksperiment, fløjet i 1993, 1995 og 1997.
• CAPRICE: ballonbårent eksperiment, fløjet i 1994.
• HEAT: ballonbårent forsøg, fløjet i 2000.
• AMS: rumbaseret forsøg, prototype fløjet med rumfærgen i 1998, beregnet til den internationale rumstation, men endnu ikke opsendt.
• PAMELA: satelliteksperiment til påvisning af kosmisk stråling og antimaterie fra rummet, opsendt i juni 2006.

Anvendelser

Antiprotoner produceres rutinemæssigt på Fermilab til colliderfysik i Tevatron, hvor de kolliderer med protoner. Brugen af antiprotoner giver mulighed for en højere gennemsnitlig energi i kollisioner mellem kvarker og antikvarker, end det ville være muligt i proton-protonkollisioner. Det teoretiske grundlag for dette er, at valenskvarkerne i protonerne og valensantiquarkerne i antiprotonerne har tendens til at bære den største del af protonens eller antiprotonens impulsmoment.

Se også

• Antimaterie
• Elementarpartikel
• Positron
• Proton

Notes

• Forward, Robert L. 2001. Mirror Matter: Pioneering Antimatter Physics: Pioneering Antimatter Physics. Lincoln, NE: Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimaterie: The Ultimate Mirror. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K., og S. Kim. 1994. 9th Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics. Frontier Science Series No. 11. Tokyo, Japan: Universal Academy Press. ASIN B000RFVVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Isodual Theory of Antimatter: with applications to Antigravity, Grand Unification and Cosmology (Fundamental Theories of Physics). New York, NY: Springer, New York, NY. ISBN 140204545174

Alle links hentet den 6. april 2016.

• Antiproton vejer i physicsworld.com.
• Antiprotonens gyldne jubilæum Science@BerkeleyLab. (Giver historien om antiprotonens opdagelse.)
• Introduktion til antiproton-deceleratoren CERN.

Partikler i fysik

elementarpartikler

Elementarfermioner: Kvarker: u – d – s – c – b – t – Leptoner: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Elementære bosoner: Gauge bosoner: γ – g – W± – Z0 – Spøgelser

Kompositpartikler

Hadroner: Baryoner(liste)/Hyperoner/Nucleoner: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mesoner(liste)/Quarkoner: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Andre: Atomkerner – Atomer – Molekyler – Positronium

Hypothetiske elementarpartikler

Superpartnere: Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermion – Slepton – Squark
Andre: Axion – Dilaton – Guldstensboson – Graviton – Higgsboson – Tachyon – X – Y – W’ – Z’

Hypothetiske sammensatte partikler

Eksotiske hadroner: Eksotiske baryoner: Pentaquark – Eksotiske mesoner: Glueball – Tetraquark
Andre: Mesonisk molekyle

Quasipartikler

Davydov-soliton – Exciton – Magnon – Fonon – Plasmon – Polariton – Polaron