Antiproton

Antimatter

Overview

Annihilation

Devices

• Particle accelerator
• Penningfälla

Antipartiklar

• Positron
• Antiproton
• Antineutron

Användningar

• Positronemission Tomografi
• Bränsle
• Vapen

Vetenskapliga organ

• ALPHA Collaboration
• ATHENA
• ATRAP
• CERN

Personer

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sacharov

redigera

En antiproton (symbol p, uttalas p-bar) är protonens antipartikel. En antiproton är relativt stabil, men den är vanligtvis kortlivad eftersom varje kollision med en proton gör att båda partiklarna förintas i en explosion av energi. Den upptäcktes 1955 av fysikerna Emilio Segrè och Owen Chamberlain från University of California, Berkeley, för vilka de tilldelades Nobelpriset i fysik 1959. Vid CERN i Genève, Schweiz, och Fermilab i Batavia, Illinois, produceras antiprotoner rutinmässigt och används för vetenskaplig forskning.

Antiproton

Protonens kvarkstruktur.

Klassificering:

Baryon

Egenskaper

Teoretiskt sett består en antiproton av två anti-up-kvarkar och en anti-down-kvark, som symboliseras som uud.

Antiprotonens egenskaper förutsägs av CPT-symmetrin vara exakt relaterade till protonens egenskaper. I synnerhet förutsäger CPT-symmetrin att antiprotonens massa och livstid är samma som protonens, och att antiprotonens elektriska laddning och magnetiska moment har motsatt tecken och samma storlek som protonens.

I mitten av juni 2006 lyckades forskare vid CERN (Europeiska organisationen för kärnforskning, eller på franska Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) fastställa massan hos antiprotonerna, som de uppmätte till 1 836,153674(5) gånger mer massiv än en elektron. Detta är exakt samma som massan hos en ”vanlig” proton, som förutspåtts. Bildandet av antimateria är relaterat till frågor om vad som hände vid tiden för Big Bang, och varför en så liten mängd antimateria finns kvar i vårt solsystem idag.

Konstgjord produktion

För att bilda antiprotoner krävs energi som motsvarar en temperatur på tio biljoner K (1013 K), vilket inte uppnås under de flesta naturliga förhållanden. Vid CERN (Europeiska organisationen för kärnforskning, eller på franska Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) accelereras dock protoner i protonsynkrotronen (PS) till en energi på 26 GeV och krossas sedan i en iridiumstav. Protonerna studsar mot iridiumkärnorna med tillräckligt mycket energi för att skapa materia. En rad partiklar och antipartiklar bildas, och antiprotonerna separeras med hjälp av magneter i vakuum.

Förekomst i naturen

Antiprotoner har upptäckts i kosmisk strålning i över 25 år, först genom ballongburna experiment och på senare tid genom satellitbaserade detektorer. Standardbilden för deras förekomst i kosmisk strålning är att de produceras i kollisioner mellan kosmiska strålprotoner och atomkärnor i det interstellära mediet, via reaktionen:

p A → p p p p A

De sekundära antiprotonerna (p) fortplantar sig sedan genom galaxen, instängda av de galaktiska magnetfälten. Deras energispektrum ändras genom kollisioner med andra atomer i det interstellära mediet, och antiprotoner kan också gå förlorade genom att ”läcka ut” ur galaxen.

Energispektrumet för antiprotoner i kosmiska strålar mäts nu på ett tillförlitligt sätt och stämmer överens med denna standardbild av antiprotonproduktion genom kollisioner med kosmiska strålar. Detta sätter övre gränser för antalet antiprotoner som skulle kunna produceras på exotiska sätt, t.ex. genom annihilation av supersymmetriska partiklar av mörk materia i galaxen eller genom avdunstning av primordiala svarta hål. Detta ger också en nedre gräns för antiprotonernas livslängd på ungefär en till tio miljoner år. Eftersom den galaktiska lagringstiden för antiprotoner är cirka tio miljoner år skulle en inneboende sönderfallstid ändra den galaktiska uppehållstiden och snedvrida spektrumet av antiprotoner från kosmisk strålning. Detta är betydligt strängare än de bästa laboratoriemätningarna av antiprotonernas livstid:

• LEAR-samarbetet vid CERN: 0,8 år
• Antihydrogen Penning-fälla av Gabrielse et al: 0,28 år
• APEX-samarbetet vid Fermilab: 50 000 år för p → μ- + X och 300 000 år för p → e- + γ

Experimentell detektion i kosmisk strålning

Nyligen genomförda experiment för att detektera antiprotoner i kosmisk strålning är bland annat följande:

• BESS: Ballongburet experiment som flögs 1993, 1995 och 1997.
• CAPRICE: ballongburet experiment som flögs 1994.
• HEAT: ballongförsök, flögs år 2000.
• AMS: rymdbaserat experiment, prototyp som flögs på rymdfärjan 1998, avsedd för den internationella rymdstationen men ännu inte uppskjuten.
• PAMELA: satellitförsök för att upptäcka kosmisk strålning och antimateria från rymden, uppskjuten i juni 2006.

Användningar

Antiprotoner produceras rutinmässigt vid Fermilab för kollideringsfysikverksamhet i Tevatron, där de kolliderar med protoner. Användningen av antiprotoner möjliggör en högre genomsnittsenergi för kollisioner mellan kvarkar och antikvarkar än vad som skulle vara möjligt i proton-protonkollisioner. Den teoretiska grunden för detta är att valencekvarkarna i protonerna och valenceantikvarkarna i antiprotonerna tenderar att bära den största delen av protonens eller antiprotonens rörelsemängd.

Se även

• Antimateria
• Elementarpartikel
• Positron
• Proton

Notiser

• Forward, Robert L. 2001. Mirror Matter: Pioneering Antimatter Physics. Lincoln, NE: Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimateria: The Ultimate Mirror. Cambridge, Storbritannien: Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K. och 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, New York, New York, New York, New York, New York. ISBN 1402045174

Alla länkar hämtade den 6 april 2016.

• Antiproton väger in physicsworld.com.
• Antiprotonens guldår Science@BerkeleyLab. (Ger en historik över upptäckten av antiprotoner.)
• Introduktion till antiprotondeceleratorn CERN.

Partiklar i fysiken

Elementarpartiklar

Elementära fermioner: Kvarkar: u – d – s – c – b – t – Leptoner: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Elementära bosoner: Gruvbosoner: γ – g – W± – Z0 – Spöken

Kompositpartiklar

Hadroner: Baryoner(lista)/Hyperoner/Nukleoner: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mesoner(lista)/Quarkoner: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Andra: Atomkärna – Atomer – Molekyler – Positronium

Hypothetiska elementarpartiklar

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

Hypotetiska sammansatta partiklar

Exotiska hadroner: Exotiska baryoner: Pentakvark – Exotiska mesoner: Glueball – Tetraquark
Andra: Mesonisk molekyl

Quasipartiklar

Davydovs soliton – Exciton – Magnon – Fonon – Plasmon – Polariton – Polaron