Antiproton

Antimatter

Overview

Annihilation

Devices

• Particle accelerator
• Penningval

Antideeltjes

• Positron
• Antiproton
• Antineutron

Toepassingen

• Positronemissie Tomografie
• brandstof
• wapenarsenaal

Wetenschappelijke instellingen

• ALPHA Collaboration
• ATHENA
• ATRAP
• CERN

Mensen

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sacharov

edit

Een antiproton (symbool p, uitgesproken als p-bar) is het antideeltje van het proton. Een antiproton is relatief stabiel, maar heeft meestal een korte levensduur omdat bij een botsing met een proton beide deeltjes in een energie-uitbarsting worden vernietigd. Het werd in 1955 ontdekt door de natuurkundigen Emilio Segrè en Owen Chamberlain van de universiteit van Californië in Berkeley, waarvoor zij in 1959 de Nobelprijs voor natuurkunde kregen. Bij CERN in Genève, Zwitserland, en Fermilab in Batavia, Illinois, worden routinematig antiprotonen geproduceerd en gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek.

AntiProton

De quarkstructuur van het proton.

Classificatie:

Baryon

Eigenschappen

Theoretisch bestaat een antiproton uit twee anti-up quarks en één anti-down quark, gesymboliseerd als uud.

De eigenschappen van het antiproton zijn door CPT-symmetrie voorspeld exact verwant aan die van het proton. In het bijzonder voorspelt de CPT-symmetrie dat de massa en de levensduur van het antiproton dezelfde zijn als die van het proton, en dat de elektrische lading en het magnetisch moment van het antiproton tegengesteld in teken en gelijk in grootte zijn aan die van het proton.

Midden juni 2006 zijn wetenschappers van de CERN (de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, of, in het Frans, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) erin geslaagd de massa van het antiproton te bepalen, die zij hebben gemeten op 1.836,153674(5) maal massiever dan een elektron. Dit is precies hetzelfde als de massa van een “gewoon” proton, zoals voorspeld. De vorming van antimaterie houdt verband met vragen over wat er gebeurde rond de tijd van de oerknal, en waarom er vandaag zo’n kleine hoeveelheid antimaterie in ons zonnestelsel overblijft.

Kunstmatige productie

De vorming van antiprotonen vereist energie die overeenkomt met een temperatuur van tien biljoen K (1013 K), die onder de meeste natuurlijke omstandigheden niet wordt bereikt. Bij CERN (de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, of, in het Frans, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) echter, worden protonen in het Proton Synchrotron (PS) versneld tot een energie van 26 GeV, en dan tegen een iridiumstaaf geslagen. De protonen weerkaatsen tegen de iridiumkernen met voldoende energie om materie te doen ontstaan. Er wordt een reeks deeltjes en antideeltjes gevormd, en de antiprotonen worden afgescheiden met magneten in vacuüm.

Voorkomen in de natuur

Antiprotonen zijn al meer dan 25 jaar gedetecteerd in kosmische straling, eerst door experimenten in ballonnen en meer recent door satellietdetectoren. Het standaardbeeld voor hun aanwezigheid in kosmische straling is dat zij worden geproduceerd bij botsingen van kosmische stralingsprotonen met kernen in het interstellaire medium, via de reactie:

p A → p p p A

De secundaire antiprotonen (p) planten zich vervolgens voort door het melkwegstelsel, opgesloten door de galactische magnetische velden. Hun energiespectrum wordt gewijzigd door botsingen met andere atomen in het interstellaire medium, en antiprotonen kunnen ook verloren gaan door “weglekken” uit het melkwegstelsel.

Het energiespectrum van antiprotonen in kosmische stralen is nu betrouwbaar gemeten en is in overeenstemming met dit standaardbeeld van antiprotonproductie door botsingen met kosmische stralen. Dit stelt bovengrenzen aan het aantal antiprotonen dat op exotische manieren zou kunnen worden geproduceerd, zoals door annihilatie van supersymmetrische donkere materiedeeltjes in het melkwegstelsel, of door de verdamping van oerzwarte gaten. Dit levert ook een ondergrens op voor de levensduur van antiprotonen van ongeveer één tot tien miljoen jaar. Aangezien de galactische opslagtijd van antiprotonen ongeveer tien miljoen jaar is, zou een intrinsieke vervallevensduur de galactische verblijftijd wijzigen en het spectrum van antiprotonen van kosmische straling vervormen. Dit is aanzienlijk stringenter dan de beste laboratoriummetingen van de antiprotonlevensduur:

• LEAR-samenwerking bij CERN: 0,8 jaar
• Antihydrogen Penning trap van Gabrielse et al: 0,28 jaar
• APEX-samenwerking bij Fermilab: 50.000 jaar voor p → μ- + X en 300.000 jaar voor p → e- + γ

Experimentele detectie in kosmische stralen

Recente experimenten voor antiproton-detectie in kosmische stralen omvatten de volgende:

• BESS: ballon-experiment, gevlogen in 1993, 1995, en 1997.
• CAPRICE: ballonexperiment, gevlogen in 1994.
• HEAT: experiment in een luchtballon, gevlogen in 2000.
• AMS: ruimte-experiment, prototype gevlogen met het ruimteveer in 1998, bestemd voor het internationale ruimtestation maar nog niet gelanceerd.
• PAMELA: satellietexperiment om kosmische straling en antimaterie vanuit de ruimte te detecteren, gelanceerd in juni 2006.

Toepassingen

Antiprotonen worden routinematig geproduceerd bij Fermilab voor botsingsfysische operaties in het Tevatron, waar ze in botsing worden gebracht met protonen. Het gebruik van antiprotonen maakt een hogere gemiddelde energie van botsingen tussen quarks en antiquarks mogelijk dan bij botsingen tussen protonen en protonen mogelijk zou zijn. De theoretische basis hiervoor is dat de valentie-quarks in het proton en de valentie-antiquarks in het antiproton de neiging hebben om de grootste fractie van het momentum van het proton of antiproton te dragen.

Zie ook

• Antimaterie
• Elementair deeltje
• Positron
• Proton

Noten

• Forward, Robert L. 2001. Spiegelmaterie: 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., and S. Kim. 1994. 9e Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics. Frontier Science Series No. 11. Tokio, Japan: Universal Academy Press. ASIN B000RFVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Isoduele theorie van antimaterie: met toepassingen op antizwaartekracht, grote eenwording en kosmologie (Fundamental Theories of Physics). New York, NY: Springer. ISBN 1402045174

Alle links opgehaald op 6 april 2016.

• Antiproton weegt in physicsworld.com.
• The Golden Anniversary of the Antiproton Science@BerkeleyLab. (Geeft de geschiedenis van de ontdekking van het antiproton.)
• Introduction to the Antiproton Decelerator CERN.

Deeltjes in de natuurkunde

elementaire deeltjes

Elementaire fermionen: Quarks: u – d – s – c – b – t – Leptonen: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Elementaire bosonen: Gauge bosonen: γ – g – W± – Z0 – Ghosts

Composietdeeltjes

Hadrons: Baryonen(lijst)/Hyperonen/Nucleonen: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mesonen(lijst)/Quarkonen: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Anderen: Atoomkern – Atomen – Moleculen – Positronium

Hypothetische elementaire deeltjes

Superpartners: Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermion – Slepton – Squark
Anderen: Axion – Dilaton – Goldstone boson – Graviton – Higgs boson – Tachyon – X – Y – W’ – Z’

Hypothetische samengestelde deeltjes

Exotische hadronen: Exotische baryonen: Pentaquark – Exotische mesonen: Glueball – Tetraquark
Anderen: Mesonisch molecuul

Quasideeltjes

Davydov soliton – Exciton – Magnon – Phonon – Plasmon – Polariton – Polaron