15.01.2008

Sursa antimateriei din galaxia noastră a fost descoperită

Sursa antimateriei din galaxia noastra a fost descoperita
Foto: Sistem binar, cand o stea absoarbe materie din alta. Sursa: Interactions.org
S-a înţeles care este mecanismul prin care se producea antimateria observată deja de trei decenii în centrul galaxiei noastre. Rezultatele acestea au fost publicate în numărul din 10 ianuarie al revistei Nature. Dar să le luam pe rând ...


Categorie: Fizica
Autor: Adrian Buzatu



Ce este antimateria?

Fiecărei particule de materie îi corespunde o particulă de antimaterie, de aceeaşi masă, dar de sarcină electrică de semn opus. De exemplu, electronului, care este negativ din punct de vedere electric, îi corespunde antielectronul, care are masa electronului, dar este încărcat electric pozitiv. I se mai spune şi pozitron. Protonului, care este pozitiv din punct de vedere electric, îi corespunde antiprotonul, care are masa protonului şi este negativ din punct de vedere electric.

În vreme ce un atom de hidrogen este format din un proton pozitiv în jurul căruia se roteşte un electron negativ, un antiatom de hidrogen este format din un antiproton negativ în jurul căruia se roteşte un pozitron pozitiv. Un atom emite lumină atunci când un electron trece de pe un nivel de energie mai mare la un nivel de energie mai mică. Un antiatom emite lumina în acelaşi fel. Dar emite lumină, sau antilumină? Ei bine, lumina şi antilumina sunt unul şi acelaşi lucru. Fotonul, particula de lumină, este propria sa particulă de antimaterie.

Există antimaterie în Cosmos?

Dar atunci, cum noi detectăm lumina de la o stea îndepărtată, cum putem noi şti dacă steaua este formată din materie sau din antimaterie? Ei bine, dacă acea stea ar fi singură în Univers, nu ne-am putea da seama. Dar ea nu este singură în Univers. Şi atunci, dacă ar exista o zonă din Univers în care nu ar exista materie, ci doar antimaterie, această zonă de antimaterie s-ar învecina neaparat cu o zonă de materie. Şi la graniţa dintre cele două zone, materie şi antimaterie neapărat s-ar întâlni. Când aceasta se întâmpla, are loc o mică explozie. Materia şi antimateria dispar (se anihilează), lâsând în urma lor lumină de o anumită lungime de undă.

Când materie şi materie se întâlnesc, se anihilează, cu eliberare de energie sub formă de particule. Când un electron şi un pozitron aproape în repaus se întâlnesc, se emit doi fotoni de lumină, fiecare având o energie egală cu energia corespunzătoare unui electron în repaus, anume .511 MeV.

Dacă pe Terra am detecta lumină cu aceste lungimi de undă, atunci am putea identifica zone de graniţă între un tărâm de materie şi unul de antimaterie. Dar cum încă nu s-a descoperit această lumină în intensităţi mari, încă nu s-au descoperit zone din Univers formate majoritar din antimaterie. Experimente însă caută în continuare.

Antimaterie în centrul galaxiei noastre

S-a detectat totuşi ceva în acest sens. S-au detectat mici cantităţi de antimaterie în o zonă de Univers dominată de departe de materie. De aceea, antimateria se întâlneşte foarte uşor cu materia ce o înconjoară, cu care se anihilează, rezultănd lumină de lungime de unde specifică. Această lumină a fost detectată încă din 1978 provenind de undeva din centrul galaxiei noastre. Da, chiar în galaxia noastră există antimaterie. Era o veste intrigantă. Cercetările au continuat şi acum fizicienii propun în sfârşit un mecanism al apariţiei acestei antimaterii. Acest mecanism a fost publicat în ediţia din 10 ianuarie a revistei Nature. Despre ce este vorba?

Sursa antimateriei din galaxia noastră a fost descoperită

Atunci când o stea de neutroni, care de felul ei este foarte masivă, atrage materie de la o stea vecină şi accelerează această materie foarte puternic spre ele, materia, dacă este încărcată electric, păţeşte ceva foarte interesant. Anume, ea emite lumină. Această lumină este foarte energetică şi când trece prin materie, suferă şi ea ceva interesant. Anume, lumina dispare şi lasă în locul ei perechi de materie şi antimaterie.

Exemplu de un corp foarte masiv (stea de neutroni sau gaură neagră), care captează materie de la o stea vecină, pentru, materia aceasta cade accelerat spre corpul masiv, producând lumină, ce apoi se dezintegrează în perechi de materie şi antimaterie. De asemenea, observăm două jeturi de particule şi lumină emise de corpuls masiv.

Aceasta antimaterie însă trăieşte foarte puţin, căci fiind în minoritate, se loveşte repede de materie şi se anihilează cu materie, producând lumină de lungime de undă precisă (cum am explicat mai sus). Observarea acestei lumi a permis astronomilor să detecteze prezenţa acestei antimateriei. Tocmai acest mecanism de producere a antimateriei a fost publicat în ediţia din 10 ianuarie a revistei Nature.

Unde a dispărut antimateria?

Deşi în Big Bang au fost produse cantităţi egale de materie şi antimaterie, de-a lungul timpului aproape întreaga antimaterie a dispărut. Cum s-a întâmplat aceasta este unul din marile mistere ale fizicii particulelor elementare. Însă se ştie că în Univers nu există insule de antimaterie în oceanul de materie. Cel mult, există picături de antimaterie, după cum am văzut mai sus.

Unde se întâlneşte antimaterie pe Terra?

Antimaterie este produsă mereu pe Terra în acceleratoare de particule, prin ciocnirea unor fascicule de particule subatomice de viteză mare cu ţinte fixe, sau cu alte fascicule de particule. Există chiar acceleratoare ce ciocnesc materie şi antimaterie, precum acceleratorul (protoni cu antiprotoni sau electroni cu pozitroni). Antimaterie este produsă şi prin descopuneri radioactive de nuclee atomice ce au mai mulţi protoni de cât ar trebui. Un astfel de nucleu este folosit pentru tehnica de imagistică medicală denumită scanări PET, sau tomografie cu emisie de pozitroni. Antimaterie este produsă şi atunci când particule cosmice de mare energie (cele provenind de la Soare se numesc vânt solar) se lovesc de nuclee din atmosfera Pământului. Aceste particule de antimaterie sunt precum niste picături de apă dulce în o mare de apă sărată. Ele se anihilează foarte repede cu particulele de materie din jurul lor, rezultând noi particule sau lumină.

Concluzie

Antimateria nu este doar o idee SF, este reală, bine-mersi, fără nimic paranormal, dar cu un mare mister: dacă în Big Bang au fost produse cantităţi egale de materie şi antimaterie, unde a dispărut antimateria?

Articol adaptat de Adrian Buzatu din Space.com.

[www.stiinta.info]

Comentarii

Adauga un comentariu

Adauga un comentariu

This is a captcha-picture. It is used to prevent mass-access by robots. (see: www.captcha.net)
Introdu codul:
Numele dumneavoastra:
Comentariu. Atentie, salveaza textul inainte de a-l trimite, ca o precautiune... Poti selecta tot comentariul cu CTRL-A si copia cu CTRL-C:
 
  • March 20, 2008, 12:34 am - Adi

    Buna Gabi, acum vad comentariu tau, multumesc mult, este foarte frumos articulat si aduce lamuriri. Te invitam sa scrii si la noi pe forum si daca doresti sa contribui si tu cu articole la Stiinta.info.

    Pentru Bogdan. Intr-adevar, este interesanta propunerea ta. Dar s-au gandit si cercetatorii la ea si ipoteza nu tine din cateva motive. Intr-o regiune de Univers unde exista materie si antimaterie acestea se vor anihila intre ele, dar nu se vor ordona incat antimateria sa fie densa in centru sa formeze o gaura neagra si materia sa se organizeze ca materie in gaurii negre formand o galaxie. In al doilea rand, materia intunecata nu interactioneaza decat gravitational cu materia obisnuita, nu emita lumina, nu este afectata de forta electrica. In schimb, antimateria are sarcina electric de semn opus fata de materie si aunti se anihileaza cu materia (deci interactioneaza cu materia si altcumva decat gravitational), antimateria emite si lumina.

    Dar tu ai rationat frumos la informatiile ce le aveai. Si aveai informatii bune. Acum eu iti prezentai informatii noi si rationament cu ele si te incurajez sa studiezi la http://fizicaparticulelor.ro si mai multe despre antimaterie si materie intunecata, in special la traducerile din revista Symmetry. Atunci vei emite rationamente inca si mai interesante si vei afla si mai multe informatii despre acestea pe care vei putea construi rationamente. Spor mare si te mai asteptam! De oameni ca tine avem nevoie!


  • February 1, 2008, 9:02 am - bogdan

    mah baieti, stiti ce va sugerez eu? gaurile negre sunt defapt constituite din antimaterie. acolo se afla antimateria din univers. nu cred ca exista dovezi clare cu privinta la formarea gaurilor negre( prin colapsarea unor stele). ele au cam existat si vor exista in continuare si sunt la fel de vechi ca si materia. materia intunecata, nu este altceva decat antimaterie.


  • January 28, 2008, 8:35 am - cristi

    Buna Gabi. Multumesc de comentariul competent! Mi-a mai lamurit gandurile, plus ca ai dreptate cu fluctuatiile vidului: nu e vorba de fotoni intr-adevar... ci de "incalzirea" vidului, cum spui tu, poate ca de aceea vorbesc ei si de radiatie termica Hawking.


  • January 28, 2008, 8:09 am - gabi

    sunt fizician, dar nu specialist in fizica teoretica. Din cate stiu, modelul Hawking se refera la generarea de particule-antiparticule din fluctuatia vidului, fluctuatie care este data de campul gravitational. Este ca si cum vidul ar deveni mai cald datorita campului gravitational (modelul Unruh, din cate stiu) si, ca atare, perechile virtuale particula-antiparticula care il alcatuiesc ar suferi fluctuatii mai mari. Nu fotonii sunt cei care le produc, fotonii pot produce perechi particula-antiparticula doar in prezenta unei sarcini electrice (cum se intampla cu radiatia gamma de 0,511 MeV atunci cand se propaga printr-un material si genereaza perechi electron-pozitron in apropierea nuicleelor). In vid nu se pot genera astfel de perechi de catre fotoni. Ar insemna ca nu am ami observa fotoni gamma de energie mai mare de 0,511 MeV deoarece ar fi absorbiti pe drum, in vid.
    Pe de alta parte, vidului i se poate asocia in camp gravitational un indice de refractie, care este cu atat mai mare cu cat campul gravitational este mai puternic. O sarcina care este accelerata la viteze mai mari decat viteza luminii in mediul dat (dar mai mica decat viteza luminii in vidul lipsit de gravitatie) emite radiatie electromagnetica cunoscuta sub numele de radiatie Cerenkov. Particula care emite radiatie Cerenkov se franeaza, conform conservarii energiei si impulsului. Se pare ca si in camp gravitational se intampla acest lucru, o sarcina electrica fiind practic accelerata pe de o parte de campul gravitational si pe de alta parte franata de emisia Cerenkov. Pe masura ce particula se apropie de gaura neagra, franarea Cerenkov devine predominanta si decelereaza particula. Emisia Cerenkov ar putea fi astfel responsabila de unele dintre sursele extrem de intense de radiatie elctromagnetica, in centrul carora se presupune ca sunt corpuri super-masive tip stele neutronice si, mai ales, gauri negre. Pe site-ul xxx.lanl.gov gasiti cateva articole pe tema asta, dati search pentru "gravitational Cherenkov effect". La orizontul gaurii negre indicele de refractie devine infinit, cu alte cuvinte o sarcina nu se poate misca in acea zona pentru ca ar emite imediat radiatie Cerenkov si si-ar reduce viteza pana sub cea a luminii in locul respectiv (adica zero). Acest lucru este valabil atat pentru materie cat si pentru antimaterie. Singurii care pot strabate probabil orizontul presupun ca sunt neutrinii, care nu au nici sarcina electrica si nici moment magnetic. Daca o particula cu sarcina ar trece dincolo de orizont probabil ca o face printr-un soi de tunelare, nu stiu.


  • January 18, 2008, 11:19 am - Adi

    Din cate inteleg eu teoria lui Hawking, din perechile de materie si antimaterie care se produc peste tot in Univers, sunt si unele care se produc langa orizontul gaurii negre, care fac ca un partener al perechii sa pice in gaura neagra (sa cada dincolo de orizont si deci sa nu mai poata reveni), in timp ce celelalt ramane in Univers si il interpretam ca o emisie de radiatie a gaurii negre.

    Insa nu am retinut ca tocmai antimateria ar cadea in gaura neagra. Cu ce ar fi ea mai speciala din punct de vedere gravitational? Dar are aceeasi masa cu materia ... O sa ma mai decumentez.

    Cu bine,
    Adi (autorul articolului)


  • January 16, 2008, 2:38 am - cristi

    Buna Iulian. Ai dreptate. Fluctuatiile cunatice sunt infime (dupa cat stiu eu) fata de ce mananca gaura neagra. Teoria anterioara nu poate decat sa pice, din cauza asta, pentru ca nu poate explica asimetria uriasa. Plus ca exista multi care se indoiesc ca fenomenul lui Hawking chiar exista in realitate... Pe de alta parte, se poate fabula mult, glumi, si de multe ori, de ce nu, ghici o parte din adevar. Ia materia intunecata, este cinci ori mai mult decat materia obisnuita. Nimeni nu stie ce e, iar sunt unii ce spun ca asta este facuta din gauri negre (mai mult sau mai putin minuscule). Poate ca aceste gauri au putin alta structura spatio-temporala, poate ca sunt pline de materie si antimaterie in cantitati aproape egale (contrar cu gaurile nerge obisnuite), diferite de o cincime, care e materia ramasa pe afara, etc... Din pacate nu sunt un fizian teoretician activ ca sa vin cu argumente (desigur, din teoria coardelor si a brane-urilor...), si de aceea recunosc ca doar speculez, speculatii pe care insa incerc sa le pastrez la nivelul unor comentarii aruncante pe ici pe colo....


  • January 15, 2008, 9:00 pm - Iulian

    Draga Cristi,
    Daca ai timp te-as ruga sa dezvolti teoria pe care-ai mentionat-o-n comentariul tau conform careia separarea zonelor de materie si antimaterie este data de orizontul gaurilor negre. Asta este explicatia care salveaza teoria big bang-ului din acest punct de vedere: "antimateria este bine ascunsa"? Sau inca nu-i salvata? Mie cel putin imi da impresia ca gaurile negre ca aceasta teorie sugereaza ca gaurile negre ar fi constituite in principal din ce era facut si universul ce le-a generat, adica, daca ne luam dupa teoria big bangului, echiprobabil materie si antimaterie, si doar putintica antimaterie pe deasupra datorita fluctuatiilor cuantice ale lui Hawking. Asta ar sugera ca materia de zi cu zi din univers ar corespunde acestei parti infime de antimaterie cazuta accidental in gaurile negre. Deci, este universul ne-gaura-neagra infim fatza de totalitatea gaurilor negre din univers? Ma mira aceasta concluzie. Gresesc cumva?
    Multumesc anticipat pentru o eventuala lamurire.
    Iulian
    PS La multi ani, tuturor!... e prima data cand imi fac aparitia pe-acest an.


  • January 15, 2008, 12:09 pm - cristi

    Unde a disparut antimateria?
    E simplu: In gaurile negre!
    Nu zice Hawking ca la marginea gaurii negre apar fluctuatii cunatice? Tot el spune ca un foton se va sparge intr-un electron si un pozitron, si ca pozitronul (antimateria) cade in gaura neagra (datorita curburii spatiu-timpului, este numai pozitronul cel ce cade) pe cand electronul pleaca de langa gaura neagra... Atunci toata antimateria a intrat in decursul timpului in gaurile negre! Un voluntar pentru o misiune spatiala sa o scoata de acolo?