Antiproton

Antimatter

Overview

Annihilation

Devices

• Particle accelerator
• Pułapka penetrująca

Antycząstki

• Positron
• Antyproton
• Antyneutron

Zastosowania

• Emisja elektronów Tomografia
• Paliwo
• Broń

Organy naukowe

• ALPHA Collaboration
• ATHENA
• ATRAP
• CERN

.

Ludzie

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrzej Sacharow

edit

Antyproton (symbol p, wymawiane jako p-bar) jest antycząstką protonu. Antyproton jest względnie stabilny, ale zazwyczaj żyje krótko, ponieważ każde zderzenie z protonem powoduje anihilację obu cząstek w wybuchu energii. Został on odkryty w 1955 r. przez fizyków z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, Emilio Segrè i Owena Chamberlaina, za co otrzymali oni w 1959 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. W CERN w Genewie (Szwajcaria) i Fermilab w Batavii (Illinois) antyprotony są rutynowo produkowane i wykorzystywane do badań naukowych.

Antyproton

Kwarkowa struktura protonu.

Klasyfikacja:

Barion

Właściwości

Teoretycznie antyproton składa się z dwóch kwarków anty-górnych i jednego kwarka anty-dolnego, symbolizowanych jako uud.

Właściwości antyprotonu są przewidywane przez symetrię CPT jako dokładnie związane z właściwościami protonu. W szczególności symetria CPT przewiduje, że masa i czas życia antyprotonu będą takie same jak protonu, a ładunek elektryczny i moment magnetyczny antyprotonu będą przeciwne w znaku i równe w wielkości do tych z protonu.

W połowie czerwca 2006 roku naukowcom z CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych, czyli po francusku Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) udało się wyznaczyć masę antyprotonu, którą zmierzyli na 1,836.153674(5) razy masywniejszą od masy elektronu. Jest to dokładnie taka sama masa jak masa „zwykłego” protonu, zgodnie z przewidywaniami. Powstanie antymaterii wiąże się z pytaniami o to, co wydarzyło się w czasie Wielkiego Wybuchu i dlaczego tak niewielka ilość antymaterii pozostaje dziś w naszym Układzie Słonecznym.

Sztuczna produkcja

Utworzenie antyprotonów wymaga energii równoważnej temperaturze dziesięciu bilionów K (1013 K), która nie jest osiągana w większości warunków naturalnych. Jednak w CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych, czyli po francusku Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) protony są przyspieszane w Synchrotronie Protonowym (PS) do energii 26 GeV, a następnie rozbijane o pręt z irydu. Protony odbijają się od jąder irydu z energią wystarczającą do wytworzenia materii. Powstaje szereg cząstek i antycząstek, a antyprotony są oddzielane za pomocą magnesów w próżni.

Występowanie w przyrodzie

Antyprotony są wykrywane w promieniach kosmicznych od ponad 25 lat, najpierw przez eksperymenty balonowe, a ostatnio przez detektory satelitarne. Standardowy obraz ich obecności w promieniach kosmicznych jest taki, że są one produkowane w zderzeniach protonów promieni kosmicznych z jądrami w ośrodku międzygwiazdowym, w reakcji:

p A → p p p A

Antyprotony wtórne (p) rozchodzą się następnie w galaktyce, ograniczone przez galaktyczne pola magnetyczne. Ich widmo energetyczne jest modyfikowane przez zderzenia z innymi atomami w ośrodku międzygwiazdowym, a antyprotony mogą być również tracone przez „wyciek” z galaktyki.

Widmo energetyczne antyprotonowych promieni kosmicznych jest obecnie wiarygodnie mierzone i jest zgodne z tym standardowym obrazem produkcji antyprotonów przez zderzenia promieni kosmicznych. Wyznacza to górne limity na liczbę antyprotonów, które mogłyby być produkowane w egzotyczny sposób, np. w wyniku anihilacji supersymetrycznych cząstek ciemnej materii w galaktyce lub w wyniku parowania pierwotnych czarnych dziur. Daje to również dolną granicę czasu życia antyprotonów wynoszącą od jednego do dziesięciu milionów lat. Ponieważ galaktyczny czas przechowywania antyprotonów wynosi około dziesięciu milionów lat, samoistny czas rozpadu zmodyfikowałby galaktyczny czas przebywania i zniekształciłby widmo antyprotonów promieniowania kosmicznego. Jest to znacznie bardziej rygorystyczne niż najlepsze laboratoryjne pomiary czasu życia antyprotonów:

• LEAR collaboration at CERN: 0.8 roku
• Antihydrogen Penning trap of Gabrielse et al: 0.28 roku
• APEX collaboration at Fermilab: 50 000 lat dla p → μ- + X i 300 000 lat dla p → e- + γ

Eksperymentalna detekcja w promieniach kosmicznych

Dawne eksperymenty detekcji antyprotonów w promieniach kosmicznych obejmują następujące eksperymenty:

• BESS: eksperyment przeprowadzony za pomocą balonu, przeprowadzony w latach 1993, 1995 i 1997.
• CAPRICE: eksperyment na balonie, przeprowadzony w 1994 roku.
• HEAT: eksperyment przeprowadzony na balonie, przeprowadzony w 2000 r.
• AMS: eksperyment przeprowadzony w przestrzeni kosmicznej, prototyp przeprowadzony na promie kosmicznym w 1998 r., przeznaczony dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, ale jeszcze nie wprowadzony na orbitę.
• PAMELA: eksperyment satelitarny mający na celu wykrycie promieni kosmicznych i antymaterii z przestrzeni kosmicznej, wystrzelony w czerwcu 2006 r.

Użycia

Antyprotony są rutynowo produkowane w Fermilabie na potrzeby operacji fizyki zderzeniowej w Tevatronie, gdzie są zderzane z protonami. Wykorzystanie antyprotonów pozwala na uzyskanie wyższej średniej energii zderzeń kwarków i antykwarków niż byłoby to możliwe w zderzeniach proton-proton. Podstawą teoretyczną jest to, że kwarki walencyjne w protonie i antykwarki walencyjne w antyprotonie mają tendencję do przenoszenia największej części pędu protonu lub antyprotonu.

Zobacz także

• Antymateria
• Cząstka elementarna
• Positron
• Proton

Notatki

• Forward, Robert L. 2001. Mirror Matter: Pioneering Antimatter Physics. Lincoln, NE: Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimatter: The Ultimate Mirror. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K., and S. Kim. 1994. 9th Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics. Frontier Science Series No. 11. Tokyo, Japan: Universal Academy Press. ASIN B000RFVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Isodual Theory of Antimatter: with applications to Antigravity, Grand Unification and Cosmology (Fundamental Theories of Physics). New York, NY: Springer. ISBN 1402045174

All links retrieved April 6, 2016.

• Antiproton waży się w physicsworld.com.
• The Golden Anniversary of the Antiproton Science@BerkeleyLab. (Przedstawia historię odkrycia antyprotonu.)
• Introduction to the Antiproton Decelerator CERN.

Cząstki w fizyce

cząstki elementarne

Elementarne fermiony: Kwarki: u – d – s – c – b – t – Leptony: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Elementarne bozony: Bozony gauge’a: γ – g – W± – Z0 – Duchy

Cząstki złożone

Hadrony: Bariony(lista)/Hyperony/Nukleony: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mezony(lista)/Kwarki: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Inne: Jądro atomowe – Atomy – Molekuły – Pozytonium

Hipotetyczne cząstki elementarne

Superpartnerzy: Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermion – Slepton – Squark
Inne: Aksjon – Dilaton – Bozon Goldstone’a – Grawiton – Bozon Higgsa – Tachion – X – Y – W’ – Z’

Hipotetyczne cząstki zespolone

Egzotyczne hadrony: Egzotyczne bariony: Pentaquark – Egzotyczne mezony: Glueball – Tetrakwark
Inne: Mezonowa molekuła

Quasiparticles

Soliton Dawydowa – Ekscyton – Magnon – Fonon – Plazmon – Polariton – Polaron

.