Antiproton

Antimatter

Overview

Annihilation

Devices

• Particle accelerator
• Tollcsapda

Anti-részecskék

• Pozitron
• Antiproton
• Antineutron

Alkalmazások

• Pozitronemisszió Tomography
• Fuel
• Weaponry

Scientific Bodies

• ALPHA Collaboration
• ATHENA
• ATRAP
• CERN
• CERN

Népek

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sakharov

edit

Egy antiproton (szimbólum p, kiejtése p-bar) a proton antirészecskéje. Az antiproton viszonylag stabil, de jellemzően rövid életű, mert a protonnal való bármilyen ütközés mindkét részecske annihilálódik egy energiakitörés során. A Kaliforniai Egyetem, Berkeley fizikusai, Emilio Segrè és Owen Chamberlain 1955-ben fedezték fel, amiért 1959-ben fizikai Nobel-díjat kaptak. A svájci Genfben található CERN-ben és az Illinois állambeli Bataviában található Fermilabban rutinszerűen állítanak elő antiprotonokat, amelyeket tudományos kutatásokra használnak.

Antiproton

A proton kvarkszerkezete.

Besorolás:

Baryon

Tulajdonságok

Az antiproton elméletileg két anti-up kvarkból és egy anti-down kvarkból áll, ezeket uud-nak jelölik.

Az antiproton tulajdonságait a CPT-szimmetria pontosan a protonéval rokonítja. Különösen a CPT-szimmetria azt jósolja, hogy az antiproton tömege és élettartama megegyezik a protonéval, az antiproton elektromos töltése és mágneses nyomatéka pedig ellentétes előjelű és azonos nagyságú a protonéval.

2006. június közepén a CERN (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet, franciául Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) tudósainak sikerült meghatározniuk az antiproton tömegét, amelyet az elektronnál 1836,153674(5)-szer nagyobb tömegűnek mértek. Ez pontosan megegyezik a “rendes” proton tömegével, ahogyan azt megjósolták. Az antianyag keletkezése összefügg azzal a kérdéssel, hogy mi történt az ősrobbanás idején, és miért maradt ma ilyen kis mennyiségű antianyag a Naprendszerünkben.

Mesterséges előállítás

Az antiprotonok keletkezéséhez tízbillió K (1013 K) hőmérsékletnek megfelelő energiára van szükség, ami a legtöbb természetes körülmények között nem érhető el. A CERN-ben (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet, franciául Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) azonban a proton szinkrotronban (PS) 26 GeV energiára gyorsítják a protonokat, majd egy irídiumrúdba csapódnak. A protonok elég energiával pattannak vissza az irídiummagokról ahhoz, hogy anyag jöjjön létre. Egy sor részecske és antirészecske keletkezik, és az antiprotonokat vákuumban mágnesek segítségével leválasztják.

Előfordulása a természetben

Az antiprotonokat már több mint 25 éve észlelik a kozmikus sugárzásban, először ballonos kísérletekkel, újabban pedig műholdas detektorokkal. A kozmikus sugárzásban való jelenlétükre vonatkozó standard kép szerint a kozmikus sugárzás protonjainak a csillagközi közegben lévő atommagokkal való ütközése során keletkeznek a következő reakció révén:

p A → p p p p A

A másodlagos antiprotonok (p) ezután a galaktikus mágneses terek által korlátozva terjednek a galaxisban. Energiaspektrumukat a csillagközi közegben más atomokkal való ütközések módosítják, és az antiprotonok a galaxisból való “kiszivárgással” is elveszhetnek.

A kozmikus sugárzás antiproton energiaspektrumát ma már megbízhatóan mérik, és az összhangban van a kozmikus sugárzás ütközések általi antiproton-termelés e standard képével. Ez felső határt szab az antiprotonok számának, amelyek egzotikus módon keletkezhetnek, például a galaxisban lévő szuperszimmetrikus sötét anyag részecskék annihilációjából, vagy a primordiális fekete lyukak elpárolgásából. Ez egyben az antiprotonok élettartamának alsó határát is megadja, ami körülbelül egy-tízmillió év. Mivel az antiprotonok galaktikus tárolási ideje körülbelül tízmillió év, egy belső bomlási élettartam módosítaná a galaktikus tartózkodási időt és torzítaná a kozmikus sugárzású antiprotonok spektrumát. Ez lényegesen szigorúbb, mint az antiprotonok élettartamának legjobb laboratóriumi mérései:

• LEAR kollaboráció a CERN-ben: 0,8 év
• Antihydrogen Penning trap of Gabrielse et al: 0,28 év
• APEX kollaboráció a Fermilabban:

Kísérleti kimutatás a kozmikus sugárzásban

A kozmikus sugárzás antiprotonjainak kimutatására irányuló legújabb kísérletek a következők:

• BESS: léggömbös kísérlet, 1993-ban, 1995-ben és 1997-ben repült.
• CAPRICE: ballonos kísérlet, 1994-ben repült.
• HEAT: léggömbös kísérlet, 2000-ben repült.
• AMS: űrbéli kísérlet, prototípusa 1998-ban repült az űrsiklóval, a Nemzetközi Űrállomásra szánták, de még nem indították el.
• PAMELA: műholdas kísérlet a kozmikus sugárzás és az antianyag kimutatására az űrből, 2006 júniusában indult.

Használatok

A Fermilabban rutinszerűen állítanak elő antiprotonokat az ütköztetőfizikai műveletekhez a Tevatronban, ahol protonokkal ütköznek. Az antiprotonok használata lehetővé teszi a kvarkok és antikvarkok közötti ütközések nagyobb átlagos energiáját, mint ami proton-proton ütközésekben lehetséges lenne. Ennek elméleti alapja az, hogy a protonban lévő valencia-kvarkok és az antiprotonban lévő valencia-antikvarkok általában a proton vagy antiproton impulzusának legnagyobb részét hordozzák.

Vö. még

• Antianyag
• Elemi részecske
• Pozitron
• Proton

Jegyzetek

• Forward, Robert L. 2001. Mirror Matter: Pioneering Antimatter Physics. Lincoln, NE: Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimatter: The Ultimate Mirror (A végső tükör). Cambridge, Egyesült Királyság: Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K., and S. Kim. 1994. 9th Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics. Frontier Science Series No. 11. Tokió, Japán: Universal Academy Press. ASIN B000RFVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Az antianyag izoduális elmélete: Alkalmazásokkal az antigravitációra, a nagy egyesítésre és a kozmológiára (A fizika alapelméletei). New York, NY: Springer. ISBN 1402045174

All links retrieved April 6, 2016.

• Antiproton weighs in physicsworld.com.
• The Golden Anniversary of the Antiproton Science@BerkeleyLab. (Ismerteti az antiproton felfedezésének történetét.)
• Introduction to the Antiproton Decelerator CERN.

Részecskék a fizikában

elemi részecskék

Elemi fermionok: Kvarkok: u – d – s – c – b – t – Leptonok: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Elemi bozonok:

Kompozit részecskék

Hadronok: γ – g – W± – Z0 – Szellemek

Kompozit részecskék

Hadronok: Baryonok(lista)/Hyperonok/Nukleonok: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mezonok(lista)/Quarkonok: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Más: Atommag – Atomok – Molekulák – Pozitronium

Hipotetikus elemi részecskék

Szuperpartnerek: Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermion – Slepton – Squark
Más: Axion – Dilaton – Goldstone-bozon – Graviton – Higgs-bozon – Tachion – X – Y – W’ – Z’

Hipotetikus összetett részecskék

Egzotikus hadronok: Egzotikus barionok: Pentakvark – Egzotikus mezonok: Tetraquark
Más: Kvázirészecskék

Davidov-szoliton – Exciton – Magnon – Fonon – Plasmon – Polariton – Polaron