เราอธิบายว่าปฏิสสารคืออะไร ค้นพบอย่างไร คุณสมบัติของปฏิสสาร ความแตกต่างของสสาร และตำแหน่งที่พบ
ปฏิสสารคืออะไร?
ในฟิสิกส์อนุภาค ปฏิสสารคือประเภทของสสารที่ประกอบด้วยปฏิปักษ์, แทนอนุภาค สามัญ. เป็นประเภทที่ไม่ค่อยบ่อยของ วัตถุ.
ปฏิสสารคล้ายกับสสารทั่วไปมาก ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือใน ค่าไฟฟ้า ของอนุภาคและตัวเลขควอนตัมบางตัว ดังนั้น แอนติอิเล็กตรอน เรียกอีกอย่างว่าโพซิตรอน, เป็นปฏิปักษ์ของอิเล็กตรอนซึ่งมีคุณสมบัติเหมือนกัน ยกเว้นประจุซึ่งเป็นบวก ในทางกลับกัน Antineutrons นั้นเป็นกลาง (เช่นนิวตรอน) แต่โมเมนต์แม่เหล็กของพวกมันตรงกันข้าม ในที่สุด แอนติโปรตอนแตกต่างจากโปรตอนตรงที่มีประจุลบ
ปฏิสสารและสสารทำลายล้างซึ่งกันและกันหลังจากผ่านไปครู่หนึ่ง ปล่อย .จำนวนมหาศาลออกมาพลังงาน ในรูปของโฟตอนพลังงานสูง (รังสีแกมมา) และคู่อนุภาคมูลฐานและปฏิปักษ์อื่น ๆ
ในการศึกษาของทางกายภาพ แยกความแตกต่างระหว่างอนุภาคและปฏิปักษ์โดยใช้แถบแนวนอน (มาโคร) เหนือสัญลักษณ์ที่สอดคล้องกับโปรตอน (พี),อิเล็กตรอน (จ) และนิวตรอน (น).
อะตอมที่ประกอบด้วยปฏิปักษ์ไม่มีอยู่ตามธรรมชาติใน ธรรมชาติ เพราะจะถูกทำลายล้างด้วยเรื่องธรรมดา มีเพียงจำนวนเล็กน้อยเท่านั้นที่ประสบความสำเร็จในการทดลองที่มุ่งสร้างการต่อต้านอะตอม
การค้นพบปฏิสสาร
การมีอยู่ของปฏิสสารถูกสร้างทฤษฎีขึ้นในปี 1928 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Paul Dirac (1902-1984) เมื่อเขากำหนดสมการทางคณิตศาสตร์ที่รวมหลักการของ สัมพัทธภาพ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ และ ฟิสิกส์ควอนตัม โดย Niels Bohr
งานเชิงทฤษฎีที่ลำบากนี้แก้ไขได้สำเร็จ และจากจุดนั้นก็ได้ข้อสรุปว่าต้องมีอนุภาคที่คล้ายคลึงกับอิเล็กตรอน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ปฏิปักษ์ตัวแรกนี้เรียกว่าแอนติอิเล็กตรอน และเป็นที่ทราบกันในปัจจุบันว่าการสัมผัสกับอิเล็กตรอนธรรมดานำไปสู่การทำลายล้างซึ่งกันและกันและการสร้างโฟตอน (รังสีแกมมา)
ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะนึกถึงการมีอยู่ของแอนติโปรตอนและแอนตินิวตรอน ทฤษฎีของ Dirac ได้รับการยืนยันในปี 1932 เมื่อมีการค้นพบโพซิตรอนในปฏิกิริยาระหว่างรังสีคอสมิกกับสสารธรรมดา
ตั้งแต่นั้นมาก็มีการสังเกตการทำลายล้างร่วมกันของอิเล็กตรอนและแอนติอิเล็กตรอน การประชุมของพวกเขาถือเป็นระบบที่เรียกว่า โพซิทรอนเนียม, ครึ่งชีวิตไม่เกิน 10-10 หรือ 10-7 วินาที
ต่อมาในเครื่องเร่งอนุภาคเบิร์กลีย์ (California, 1955) สามารถผลิตแอนติโปรตอนและแอนตินิวตรอนผ่านการชนของอะตอมที่มีพลังงานสูง ตามสูตรของไอน์สไตน์ E = m.c2 (พลังงานเท่ากับ มวล โดย ความเร็วของแสง ยกกำลังสอง)
ในทำนองเดียวกันในปี 2538 ได้สารต่อต้านอะตอมตัวแรกจากองค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) นักฟิสิกส์ชาวยุโรปเหล่านี้สามารถสร้างปฏิสสารไฮโดรเจนหรืออะตอมของแอนติไฮโดรเจน ซึ่งประกอบด้วยโพซิตรอนที่โคจรรอบแอนติโปรตอน
คุณสมบัติของปฏิสสาร
การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับปฏิสสารแสดงให้เห็นว่ามันมีความเสถียรพอๆ กับสสารธรรมดา อย่างไรก็ตาม สมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของมันกลับตรงกันข้ามกับคุณสมบัติของสสาร
การศึกษาในเชิงลึกไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากต้องใช้เงินมหาศาลในการผลิตในห้องปฏิบัติการ (ประมาณ 62,500 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อการสร้างมิลลิกรัม) และระยะเวลาสั้นมาก
กรณีที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในการสร้างปฏิสสารในห้องปฏิบัติการใช้เวลาประมาณ 16 นาที ถึงกระนั้นก็ตาม ประสบการณ์ล่าสุดเหล่านี้ได้นำไปสู่สัญชาตญาณว่าสสารและปฏิสสารอาจไม่มีคุณสมบัติเหมือนกันทุกประการ
ปฏิสสารพบได้ที่ไหน?
นี่เป็นหนึ่งในความลึกลับของปฏิสสารซึ่งมีคำอธิบายที่เป็นไปได้มากมาย ทฤษฎีส่วนใหญ่เกี่ยวกับที่มาของ จักรวาล ยอมรับว่าในกาลเริ่มต้นนั้นมีอยู่จริง สัดส่วน ความเหมือนของสสารและปฏิสสาร
อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันจักรวาลที่สังเกตได้ดูเหมือนจะประกอบด้วยสสารธรรมดาเพียงอย่างเดียว คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับการเปลี่ยนแปลงนี้ชี้ไปที่ปฏิสัมพันธ์ของสสารและปฏิสสารกับ สสารมืดหรือความไม่สมดุลเริ่มต้นระหว่างปริมาณของสสารและปฏิสสารที่เกิดขึ้นระหว่าง บิ๊กแบง.
สิ่งที่เรารู้ก็คือการผลิตปฏิปักษ์โดยธรรมชาติเกิดขึ้นในวงแหวนแวนอัลเลนของโลกเรา วงแหวนเหล่านี้อยู่ห่างจากพื้นผิวประมาณสองพันกิโลเมตรและทำปฏิกิริยาในลักษณะนี้เมื่อรังสีแกมมากระทบ บรรยากาศ ภายนอก.
ปฏิสสารนี้มีแนวโน้มที่จะจับกลุ่มกัน เนื่องจากมีสสารธรรมดาไม่เพียงพอในภูมิภาคนั้นที่จะทำลายล้างตัวเอง และนักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าทรัพยากรนี้สามารถนำมาใช้เพื่อ "แยก" ปฏิสสารได้
ปฏิสสารมีไว้เพื่ออะไร?
ปฏิสสารยังไม่ค่อยมีประโยชน์จริงในอุตสาหกรรมของมนุษย์ เนื่องจากมีค่าสูงมาก ค่าใช้จ่าย และการเรียกร้อง เทคโนโลยี ที่บ่งบอกถึงการผลิตและการจัดการ อย่างไรก็ตาม แอปพลิเคชั่นบางตัวได้กลายเป็นความจริงแล้ว
ตัวอย่างเช่น การสแกนด้วยเอกซเรย์ปล่อยโพซิตรอน (PET) ได้ดำเนินการ ซึ่งแนะนำว่าการใช้ antiprotons ในการรักษามะเร็งเป็นไปได้และอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าเทคนิคโปรตอนในปัจจุบัน (รังสีบำบัด)
อย่างไรก็ตาม การใช้ปฏิสสารหลักเป็นแหล่งของ พลังงาน. ตามสมการของไอน์สไตน์ การทำลายล้างของสสารและปฏิสสารจะปล่อยพลังงานออกมามากจนทำลายล้างสสาร/ปฏิสสารหนึ่งกิโลกรัมจะมีประสิทธิผลมากกว่าสิ่งใดๆ ถึงหมื่นล้านเท่า ปฏิกิริยาเคมี และมากกว่าการแตกตัวของนิวเคลียสเป็นหมื่นเท่า
หากสามารถควบคุมและควบคุมปฏิกิริยาเหล่านี้ได้ ทุกอุตสาหกรรมและแม้กระทั่งการขนส่งจะเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น ปฏิสสารสิบมิลลิกรัมสามารถขับเคลื่อนยานอวกาศได้ถึง ดาวอังคาร.