Az anyag ellentéte

A könyv áttekintése a Frank Close Antimatterről.

Kép jóváírás: https://bookscomefirst.com/tag/particle-physics/

Tehát a múlt hétvégén vettem fel az Oxford részecskefizikus, Frank Close ezt az érdekes könyvet.

Frank Close. Képforrás

Számomra mindig úgy gondoltam, hogy az anyag megsemmisül az antianyaggal, mint valami más világ fogalma, annak ellenére, hogy a mögötte lévő felületesen egyszerű ötlet - az anyag és az antianyag pusztán egymást törli?

Kicsit bonyolultabb volt, és Close nagyszerű munkát végez az olvasó számára.

Amikor először elgondolkodtam a pusztító folyamat során fellépő erőszakos reakcióktól, amikor az antimatikus anyagok érintkezésbe kerülnek, elkezdtem fogalmazni valami hasonlót, mint ami történik, amikor egy alkálifém blokkot, például nátriumot dobnak egy tóba.

Itt egy nagy energiafelszabadulás pillanatában, amikor a nátrium a vízben lévő hidrogének helyett nátrium-hidroxidot és hidrogén-gázt eredményez, és közvetlenül a hatalmas robbanás előtt a tó felülete, ahol a nátrium bejutott, olykor tűzbe esik.

Kép jóváírása: a Wikimedia Commons Tavoromann felhasználó.

Frank Close Antimatter című könyvében azonban felfedezzük annak a tényleges egzisztenciális aspektusait, amit ez az anyag „antianyagnak” nevez.

Close munkájában tárgyalja az antianyagok különbségeit a makroszkopikus skála, majd az atomi és szubatómiai skálák között, egy tulajdonságok halmazán keresztül dolgozva annak meghatározására, hogy az antianyag és az anyag miért reagál ilyen pusztító sorrendben, és mi történik valójában a reakció során .

Ezenkívül az antianyag releváns a világegyetem és annak kialakulása alapvető kérdéseiben, amikor olyan kérdéseket indítunk el, mint például az, hogy az univerzum miért támogatta az anyag képződését az antimaterium felett.

Az Antianyagon keresztül Close átadja az olvasójának a világ erõinek újradefiniálását, ahogyan azokat klasszikusan megértjük, és azokat a következményeket, amelyeket az antianyag megléte a jövõre néz ki, valamint az univerzumban lévõ anyaghoz viszonyított ritkaságának rejtélyeit, kibővítve, hogyan értjük meg a kvantummechanika szerepét az univerzumban.

Orbitálok, fontos fogalom a kémiai reakcióképesség modellezésének koncepciójában. Képforrás

A Antasztérium vizsgálata egyik legérdekesebb aspektusa az „antianyag” egzisztenciális jelentésének áttekintése, ám a kvantummechanika útmutatásaként szolgál annak megértésére.

Amikor naiv szempontból közelítjük meg a kérdést, „mi az ellentétes az anyaggal, és miért hoz létre robbanásveszélyes reakciókat?”, Akkor rendszeres kémiai reakciókat kezdünk elképzelni, amelyek nagyon sok energiát bocsátanak ki, mielőtt gyorsan rájönnénk, hogy ezek a kémiai reakciók csak az anyag-anyag kölcsönhatásokat írunk le.

Szóval hogyan kezdjük meg meghatározni az antianyagot az anyaggal kapcsolatban? Bezárása magyarázatát az atom belsejéből indítja, figyelembe véve a normál anyag atomban működő különféle elektromos erőket, e normál anyag atomhoz viszonyítva az antianyag egy sor hasonló erőt tartalmaz. Valami látszólag percben különböznek egymástól:

„Az antianyag atomjain belül ezek az áramlatok, mezők és erők is jelen vannak, de polaritásuk megfordul: az északi pólusok délre válnak…” (Bezárás 17).
Anderson (jobbra) és Millikan (balra). Képforrás

Ezzel a tulajdonsággal fedezték fel először az antianyag létezését. Az 1920-as évek végén végzett kísérletek sorozatában Anderson és Millikan kutatók végül felfedezték a pozitív elektron létezését annak megfigyeléséből, hogy a mágneses mező elhajlította egy nagy energiájú kozmikus sugár által elmozdított elektromosan töltött részecskék útját a ellentétes irányba haladna, ha normál elektron lenne (54. bezárás). A pozitron Paul Dirac munkája korábban jósolta, de a fenti példában sokkal később dokumentálták.

Sőt, úgy tűnik, hogy az antianyagnak az anyaggal szemben ellentétes polaritásainak tulajdonságai annak belső spinjéből származnak. A spinnek ez a tulajdonsága úgy tűnik, hogy teljesen elkülönül a szokásos szögirányú lendülettől, amelyet az elektron generál, amikor elhalad a magban. Úgy tűnik, hogy ez a centrifugálás sem kapcsolódik a fonás gondolatához, ahogy Bezár megjegyzi:

„A Zeeman-effektus rámutatott, hogy egy elektron egy kis mágnesként viselkedik, amelynek saját északi és déli mágneses pólusa van. Olyan volt, mintha az elektronnak egy belső forgómozgása van, úgynevezett spinnek, amely a mágneses mező két irányának bármelyikére mutat: az óramutató járásával megegyező vagy az óramutató járásával ellentétesen ”(20).
„A higanygőz-lámpa spektrális vonalai 546,1 nm hullámhosszon, anomáliás Zeeman-effektust mutatva. A.Mágneses mező nélkül. B.Mágneses mezővel a spektrális vonalak keresztirányú Zeeman-effektusként oszlanak meg. C.Mágneses mezővel osztva, hosszanti Zeeman effektusként. A spektrális vonalakat Fabry-Perot etalon alkalmazásával kaptuk. Az eredeti három fényképet az Anhui Normal University laboratóriumában készítették, modern fizikai kísérletek céljából, majd később egyetlen illusztrációként készítik őket. ”(Forrás)

Ez a belső spin fogalma különösen alapvetőnek tűnik, mivel úgy tűnik, hogy kizárólag az elektron létezésével kapcsolatos, vagyis hogy egyszerűen a létező, az elektron vagy bármely más részecske rendelkezik „belső spinnel”. Nagyon megdöbbentő az a felismerés, hogy a spin és az antianyag-keretek léteznek „csapdába eső energiaként”, amit legjobban az Einstein híres tömeg-energia-egyenérték ekvivalens koncepciója mutat be, amelyet E = mc² foglal össze.

Amikor az antianyag reagál az anyaggal, valójában úgy tűnik, hogy ezek az anyagok fotonokká alakulnak bizonyos energiájú kvantumokkal és nyugalmi tömeg nélkül.

Például egy elektron és a pozitron ütköznek, és gamma-sugár fotonokat képeznek. Úgy tűnik, hogy bonyolultabb reakciók történnek, mivel bármi, ami nem anyag vagy antianyag, beleértve az alapvető részecskéket is, valószínűleg ki tud váltani ezekből a reakciókból (Bezárás 65). A felszabaduló energia fogalma úgy értelmezhető, mint az antianyag és az anyag részecskék átalakulása csomagok elektromágneses sugárzásá, fotonokká.

Az antianyag létezésének megértése szélesebb körű és átfogóbb képet ad az univerzumon zajló folyamatokról, amelyek közül néhány vonatkozik a csillagászatra. Jelentős hatással van az univerzum kialakulásának valami alapvető fontosságára, és amint közeli megfogalmazza:

„Az antianyag az egyik legnagyobb rejtély középpontjában: miért nem található meg többet az univerzumban?” (113).

Közelebbről megjegyzi, milyen furcsa az, hogy az anyag az antianyag fölött képződik, mivel az elektromágneses sugárzásba való átalakulásuk során egymásba konvertálódhatnak, és azonos frekvenciával megsemmisítik egymást. Az antianyag és az anyag koncentrációjának kiegyensúlyozatlansága azt jelenti, hogy ezek alapvetően nem tükör ellentétek, jelezve, hogy valami más van jelen.

Végül az olyan szubatómiai erők, mint például az erős és a gyenge erő, valamint az alapvető részecskék sokasága megragadja az antianyag és az anyag kölcsönhatásait, de ennél is fontosabb a mi univerzumunk, mivel a csillagokból származó fény folyamatosan kölcsönhatásba lép az anyaggal, elmozdítva annak darabjait és létrehozva egy megfigyelhető jelenség sokasága, amely megmutatja világegyetemünk belső működését és történelmét.

Olvasás

Bezárás, F. E. Antimatter. Oxford: Oxford UP, 2009. Nyomtatás.