אנטי-חומר

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
אטום אנטי-מימן הוא "תמונת מראה" של אטום המימן. אטום המימן מורכב מפרוטון (מטען חשמלי 1+) ואלקטרון (1-), בעוד שאנטי-מימן מורכב מאנטי-פרוטון (1-) ומפוזיטרון (אנטי-אלקטרון בעל מטען 1+).

אנטי-חומר הוא ישות, המורכבת מאנטי-חלקיקים, שהם "בני-זוג" של חלקיקים "רגילים" (כלומר חלקיקים המרכיבים את החומר) ודומים להם בתכונותיהם (מסה, גודל הספין, גודל המטען החשמלי) , אך בעלי מטען הפוך. לדוגמה: אטום המימן מורכב מפרוטון (מטען חשמלי 1+) ואלקטרון (1-), בעוד שאנטי-מימן (ראו איור) מורכב מאנטי-פרוטון (1-) ומפוזיטרון (אנטי-אלקטרון בעל מטען 1+). לחומר ולאנטי-חומר אותה המסה, עם אותו סימן, ולכן מבחינה כבידתית, אנטי-חומר מתנהג כחומר רגיל. האנטי-חלקיקים נצפו באופן תאורטי בשנת 1928 על ידי פול דיראק, וכבר בשנת 1932 נמצא הפוזיטרון בקרינה קוסמית.

כאשר חומר ואנטי-חומר נפגשים, הם עוברים אניהילציה, כלומר הופכים לאנרגיה (בצורת פוטונים), או לזוגות חלקיק - אנטי-חלקיק אחרים.

אנטי-חלקיקים מסומנים במקרים אחדים כמו החלקיקים ה"רגילים", בתוספת קו עליון: כך, האנטי-פרוטון יסומן כ- \bar p. במקרים אחרים אנטי-חלקיקים טעונים מסומנים על פי מטענם, למשל הפוזיטרון, שסימנו \ e^+.

הסימטריה בין חומר לאנטי-חומר אינה מדויקת, וקיימים הבדלים קטנים במסה בין חלקיקים לאנטי-חלקיקים, ובתכונות אחרות שלהם. תופעה זו מכונה בשם שבירת סימטריית CP, והובילה להיווצרות היקום כפי שהוא מוכר כיום, כלומר מורכב מחומר ולא מאנטי-חומר. היבט אחר של שבירת סימטרית CP הוא תופעת ה‏בַּרְיוֹ‏גֶּנֶ‏זִיס, כלומר יצירה של ‏בַּרְיוֹ‏נִים.

אנטי-חומר בטבע[עריכת קוד מקור | עריכה]

לאחר גילוי האנטי-חלקיקים, נשקלה בתקופה מסוימת השערה לפיה יש ביקום אזורים שמורכבים מאנטי-חומר בלבד, אולם כיום השערה זו אינה מקובלת. כיום, מקובל להניח שהאנטי-חומר נוצר מיד לאחר המפץ הגדול בשלב הבריוגנזה, ועבר אניהילציה עם החומר שנוצר יחד אתו. התאוריה גורסת שבשל הפרת סימטריית CP, נוצר יותר חומר מאנטי-חומר, ולכן נשאר חומר לאחר האניהילציה המסיבית, וממנו בנוי היקום שלנו.

עם זאת, אנטי-חלקיקים בודדים קיימים בעולם: קרינה קוסמית יכולה, כיוון שהיא נושאת אנרגיה רבה, להפוך אליהם, למשל בתגובה בה שני פוטונים הופכים לאלקטרון ולפוזיטרון; או כתוצאה מהתנגשויות בין חלקיקים אנרגטיים מאוד ובאזורים עם טמפרטורה ממוצעת גבוהה.

ייצור אנטי-חומר[עריכת קוד מקור | עריכה]

ייצור אנטי-חלקיקים בודדים הושג עוד בשנות ה-50 וה-60, במהלך ניסויים במאיצי חלקיקים; אך ייצור של אנטי-חומר, כלומר של קבוצות של אנטי-חלקיקים המאוחדות על ידי כוחות פיזיקליים, בדומה לאטומים ה"רגילים", קשה יותר בסדר-גודל. הדבר נהיה אפשרי רק בראשית שנות ה-90, כאשר עובדי מכון "פרמילאב" גילו, שאם אנטי-פרוטון אנרגטי מאוד עובר בסמוך לגרעין של אטום, הדבר יכול לגרום ליצירה של אלקטרון ופוזיטרון; אם האנטי-פרוטון יצליח "למשוך" אחריו את הפוזיטרון בהשפעת הכוח האלקטרומגנטי, הרי שעל ידי כך ייווצר אטום של אנטי-מימן, שהוא סוג של אנטי-חומר.

תסריט תאורטי זה הפך למציאות בשנת 1995, כאשר מכון CERN הודיע, כי אנשיו הצליחו לייצר 9 אטומי אנטי-מימן בעזרת השיטה של עובדי "פרמילאב". תוצאה זו אומתה מאוחר יותר על ידי "פרמילאב" עצמו, כאשר עובדיו הצליחו לייצר קרוב ל-100 אטומי אנטי-מימן.

לאחר ניסויים אלה, המדענים חיפשו דרך "לצנן" את האנטי-פרוטונים, על-מנת שיהיה נוח יותר לחקור אותם. לשם כך נבנה ב-CERN בשנת 1999 מאט האנטי-פרוטונים (Antiproton Decelerator), שבעזרתו יוצר לראשונה אנטי-מימן "קר" בשנת 2002. בשנת 2004 פותחה שיטה נוספת לייצור אנטי-חומר "קר", המבוססת על התנגשויות של חלקיקים חמים עם חלקיקים קרים, שבעקבותיהן מושג שיווי משקל תרמי, וכך מקוררים החלקיקים החמים. משערים, כי בשיטה זו ניתן יהיה לייצר 100 אטומי אנטי-חומר בשנייה.

האטה ואחסון של אנטי-חומר[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאמור, בעת יצירת מרכיבי האנטי-חומר (אנטי-פרוטון, פוזיטרון ואנטי-נייטרון), נדרשים המדענים לצנן את מהירות החלקיקים הנעים במהירות הקרובה למהירות האור עקב היווצרותם במאיצי חלקיקים. על כן, נדרשת שליטה רבה בכיוון תנועת האנטי-חלקיקים בעודם "חמים", וכן שליטה בהם לאחר שהצטננו על-מנת לאחסנם. בשיטה הנפוצה במעבדות CERN מניעים את האנטי-חלקיקים (רק האנטי-פרוטון ופוזיטרון) במעגל העטוף בסלילים מוליכי-על היוצרים שדה מגנטי המקביל לשדה המגנטי של אותו החלקיק (שדה שלילי לפוזיטרון וחיובי לאנטי-פרוטון), ובכך ממרכזים את החלקיקים לנקודת המרכז ומונעים מבעדו להתנגש במעטפת המעגל העשויה חומר רגיל. הסלילים עצמם בנויים כך שחלק מהם מייצרים שדה מגנטי חזק הממרכז את האנטי-חלקיקים לאמצע, ואילו חלק אחר מייצר שדה מגנטי חלש הגורם לזעזועים באנטי-חלקיק הנע בתווך (הדבר דומה לנהג המאיץ ומאט לחלופין), זעזועים אלו מזרזים את האטת האנטי-חלקיק ומסייעים בלכידתו.

לאחר לכידת האנטי-חלקיק הוא מאוחסן לזמן קצר במכלים העטופים סלילי על-מוליך היוצרים שדה מגנטי הדוחה את האנטי-חלקיק למרכז. על שלב זה להיות קצר שכן בניגוד לאנטי-פרוטונים בעלי משך החיים הארוך מאוד, לפוזיטרונים משך חיים קצר בהרבה. לאחר אחסונם מפגישים בין הפוזיטרונים לאנטי-פרוטונים ובכך מביאים ליצירת אנטי-מימן. מרגע זה תמה השליטה על תנועתו של האנטי-חומר שכן במצב זה מטענו החשמלי נייטרלי ולכן אינו מגיב לשדה מגנטי. תוך זמן קצר פוגשים חלקיקי האנטי-חומר בחלקיקי החומר במעטפת, הם מתאיינים הדדית, וכתוצאה מכך, משתחררת אנרגיה בצורה של גלים אלקטרו-מגנטיים (קרני גמא).

דרך צינון ושימור זאת אינה פועלת על האנטי-נייטרון שאינו מגיב לשדות מגנטיים כלל. ניתן אומנם לצנן אותו באמצעות התנגשות באנטי-חומר קר יותר, ואולם עדיין ישנם קשיים באחסונו.

ב-2010 הצליחו חוקרים במרכז המחקר CERN ללכוד לראשונה אטומים של אנטי-חומר ולשמר אותם לזמן קצר באמצעות טכניקות חדשניות שפיתחו. ביוני 2011 פורסם כי מדענים במרכז המחקר CERN לכדו חלקיקי אנטי-חומר למשך יותר מ-16 דקות.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא אנטי-חומר בוויקישיתוף