Antihydrogen

Antihydrogen er antimateriale motstykke til hydrogen . Den atomkjerne består av en antiproton , den atom skall av et positron .

Historie om anti-hydrogenproduksjon

På slutten av 1995 lyktes CERN- forskningssenteret i nærheten av Genève for første gang å produsere noen få atomer av anti-hydrogen. Arbeidsgruppen under Walter Oelert fra Forschungszentrum Jülich satte sammen et antiproton som en kjerne med en positron. De neste to årene gjentok og forbedret forskere ved Fermilab i USA eksperimentet.

Normal hydrogen (en atom og et element ) består av et proton som kjernen og elementærpartikkel elektron som det ytre skallet. For hver elementærpartikkel er det en antipartikkel med egenskapen til å være reversert elektrisk ladet. Et elektron har en enkel negativ elementærladning . Antipartikkelen, positronen, bærer en positiv elementær ladning.

Antipartikler forekommer sjelden i normal natur, da de forvandles til stråling og / eller andre partikkel-antipartikkelpar når de kommer i kontakt med partikler (se utslettelse ). For eksempel produseres de kunstig i partikkelakseleratorer med et veldig høyt nivå av teknisk innsats. Det er derfor en egenart når to antipartikler kan forenes for å danne et anti-atom. Fysikere har lenge spekulert i om antiatomer oppfører seg som vanlig materie. Imidlertid kan dette spørsmålet bare besvares når du har nok anti-atomer til å måle spektrene deres , dvs. bølgelengdene til lyset som sendes ut eller absorberes av dem.

Partiklene som ble produsert ved CERN og Fermilab var fremdeles for “varme”: De beveget seg så fort at de var uegnet for spektroskopiske undersøkelser. I 2002 lyktes to internasjonale arbeidsgrupper ved CERN i å bruke eksperimentelle anlegg ATRAP og ATHENA til å produsere anti-hydrogen i større mengder (rundt 50 000 atomer). ATHENA-arbeidsgruppen under ledelse av CERN-fysikeren Rolf Landua slo ATRAP-arbeidsgruppen (under Gerald Gabrielse ) i "løpet" for påvisning av kaldt anti-hydrogen med noen få uker.

En internasjonal forskningsgruppe ALPHA ledet av Jeffrey Hangst fra Aarhus University ved CERN lyktes i å lagre den i en magnetfelle, en modifisert Ioffe-felle , for nærmere undersøkelser ved temperaturer noen få grader over absolutt null . 38 anti-hydrogenatomer kunne undersøkes i 172 ms. I 2011 var det mulig å lagre 309 anti-hydrogenatomer i over 1000 sekunder (over 16 minutter). Den første målingen av en overgang i anti-hydrogen ble publisert i 2012 av samme gruppe. I oppfølgingseksperimentet ALPHA-2 i 2016 ble overgangen 1S - 2S målt ved hjelp av laserspektroskopi . 25.000 anti-atomer ble generert per kjøring og rundt 14 fanget; i 2017 kunne rundt 15.000 anti-atomer undersøkes i løpet av ti uker.

Lagring av anti-hydrogen i en nøytral felle er nødvendig for å forhindre anti-atomer f.eks. B. ved hjelp av laser avkjøling eller ved hjelp av sympatisk kjøling (kjøling av andre atomer eller ioner som tjener som kjølemidler) til temperaturer på noen få eller til og med millikelvin microkelvin og deretter utføre høy oppløsning laserspektroskopi på anti-hydrogen. Målet med laserspektroskopi er å måle 1S - 2S linjen med en oppløsning som er sammenlignbar med den som oppnås i arbeidsgruppen til Theodor W. Hänsch om hydrogen. Ved å sammenligne 1S - 2S overgangsfrekvensen i hydrogen og anti-hydrogen, tester man CPT-teoremet , en hjørnestein i moderne fysikk. I ALPHA-2-eksperimentet ble likestillingen av overgangsfrekvensene til hydrogen og anti-hydrogen og dermed prediksjon av CPT-teoremet opprinnelig bekreftet med en nøyaktighet på 2 · 10 −10 , og i 2017 til og med med en nøyaktighet på 2 · 10 −12 .

Et annet mål er den mer detaljerte undersøkelsen av gravitasjonsteorier. Siden antimateriale har positiv masse i betydningen av den generelle relativitetsteorien , kan det antas at den oppfører seg som vanlig materie i gravitasjonsfeltet. I prinsippet kan dette testes mer presist med de elektromagnetisk nøytrale anti-hydrogenatomer enn med ladede partikler, fordi deres elektromagnetiske interaksjon er mye sterkere enn tyngdekraften og vil forstyrre disse målingene. For å sjekke dette ble AEGIS- eksperimentet blant annet utviklet på Antiproton Decelerator på CERN. Dette er for tiden (2013) fremdeles i den forberedende fasen.

Se også

Individuelle bevis

  1. ↑ G. Baur et al, 'Fremstilling av Antihydrogen',. Physics Letters B, 368, s 251-258 (1996).; doi : 10.1016 / 0370-2693 (96) 00005-6 ; Fortrykk online .
  2. ↑ Tom W. Hijmans: Partikkelfysikk: Cold Antihydrogen , Nature 419, 439-440 (03.10.2002) Doi: 10,1038 / 419439a .
  3. ↑ M. Amoretti, C. Amsler, G. Bonomi, A. Bouchta, P. Bowe, C. Carraro, CL Cesar, M. Charlton, MJT Collier, M. silo, V. Filippini, KS Fin, A. Fontana, MC Fujiwara, R. Funakoshi, P. Genova, JS Hangst, RS Hayano, MH Holzscheiter, LV Jørgensen, V. Lagomarsino, R. Landua, D. Lindelöf, E. Lodi Rizzini, M. Macrì, N. Madsen, G. Manuzio, M. Marchesotti, P. Montagna, H. Pruys, C. Regenfus, P. Riedler, J. Rochet, A. Rotondi, G. Rouleau, G. Testera, A. Variola, TL Watson, DP van der Werf: Produksjon og påvisning av kalde antihydrogenatomer , Nature 419, 456-459 (3. oktober 2002) doi: 10.1038 / nature01096 .
  4. Res Andresen, G. et al.: Fanget antihydrogen . I: Natur . 468, nr. 7321, 2010. doi : 10.1038 / nature09610 .
  5. P ALPHA-samarbeid: Inneslutning av antihydrogen i 1000 sekunder . I: Cornell University . 2011. arxiv : 1104.4982 .
  6. P ALPHA-samarbeid: Resonante kvanteoverganger i fangede antihydrogenatomer . I: Natur . 2012.
  7. ↑ en b M. Ahmadi, BXR Alves, CJ Baker, W. Bertsche, E. Butler, A. Capra, C. Carruth, CL Cesar, M. Charlton, S. Cohen, R. Collister, S. Eriksson, A. Evans, N. Evetts, J. Fajans, T. Friesen, MC Fujiwara, DR Gill, A. Gutierrez, JS Hangst, WN Hardy, ME Hayden, CA Isaac, A. Ishida, MA Johnson, SA Jones, S. Jonsell, L. Kurchaninov, N. Madsen, M. Mathers, D. Maxwell, JTK McKenna, S. Menary, JM Michan, T. Momose, JJ Munich, P. Nolan, K. Olchanski, A. Olin, P. Pusa, C . Ø. Rasmussen, F. Robicheaux, RL Sacramento, M. Sameed, E. Sarid, DM Silveira, S. Stracka, G. Stutter, C. So, TD Tharp, JE Thompson, RI Thompson, DP van der Werf, JS Wurtele: Observation av 1S - 2S overgangen i fanget antihydrogen . I: Natur . Forhåndsvisning av akselerert artikkel Publisert 19. desember 2016, doi : 10.1038 / nature21040 .
  8. ↑ en b M. Ahmadi, BXR Alves, CJ Baker, W. Bertsche, A. Capra, C. Carruth, CL Cesar, M. Charlton, S. Cohen, R. Collister, S. Eriksson, A. Evans, N. Evetts, J. Fajans, T. Friesen, MC Fujiwara, DR Gill, JS Hangst, WN Hardy, ME Hayden, CA Isaac, MA Johnson, JM Jones, SA Jones, S. Jonsell, A. Khramov, P. Knapp, L Kurchaninov, N. Madsen, D. Maxwell, JTK McKenna, S. Menary, T. Momose, JJ Munich, K. Olchanski, A. Olin, P. Pusa, C. Ø. Rasmussen, F. Robicheaux, RL Sacramento, M. Sameed, E. Sarid, DM Silveira, G. Stutter, C. So, TD Tharp, RI Thompson, DP van der Werf & JS Wurtele: Characterization of the 1S - 2S transition in antihydrogen . I: Natur . Forhåndsvisning av akselerert artikkel Publisert 4. april 2018, doi : 10.1038 / s41586-018-0017-2 .
  9. ^ G. Gabrielse et al.: Bakgrunnsfri observasjon av kaldt antihydrogen med feltioniseringsanalyse av dets stater . I: Phys Rev Lett . 89, nr. 21, 2002, s. 213401. doi : 10.1103 / PhysRevLett.89.213401 . PMID 12443407 .
  10. ^ G. Gabrielse et al.: Drevet produksjon av kaldt antihydrogen og den første målte fordelingen av antihydrogentilstander . I: Phys Rev Lett . 89, nr. 23, 2002, s. 233401. doi : 10.1103 / PhysRevLett.89.233401 . PMID 12485006 .
  11. ↑ G. Gabrielse et al.: Første måling av hastigheten på langsomme antihydrogenatomer . I: Phys Rev Lett . 93, nr. 7, 2004, s. 073401. doi : 10.1103 / PhysRevLett.93.073401 . PMID 15324235 .
  12. ^ CH Storry et al.: Første laserstyrte antihydrogenproduksjon . I: Phys Rev Lett . 93, nr. 26, 2004, s. 263401. doi : 10.1103 / PhysRevLett.93.263401 . PMID 15697977 .
  13. ↑ Beskrivelse av eksperimentet på nettstedet til AEgIS-prosjektet, åpnet 27. mai 2013

weblenker

Wiktionary: Anti-hydrogen  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser