Antyproton - Antiproton
Klasyfikacja | Antibaryon |
---|---|
Kompozycja | 2 antykwarki w górę , 1 antykwark w dół |
Statystyka | Fermionic |
Interakcje | Silny , słaby , elektromagnetyczny , grawitacyjny |
Status | Odkryty |
Symbol | p |
Antycząstka | Proton |
Odkryty | Emilio Segrè & Owen Chamberlain (1955) |
Masa | 938,272 0813 (58) MeV / c 2 |
Ładunek elektryczny | −1 e |
Moment magnetyczny | -2,792 847 3441 (42) μ N |
Obracać | 1 ⁄ 2 |
Isospin | -1 / 2 |
Antymateria |
---|
Antyprotonu ,
p
(Widoczny s bar ) jest antycząstka z protonu . Antyprotony są stabilne, ale są one zazwyczaj krótkotrwałe, ponieważ każde zderzenie z protonem spowoduje unicestwienie obu cząstek w przypływie energii.
Istnienie antyprotonu z ładunkiem elektrycznym -1, w przeciwieństwie do ładunku elektrycznego +1 protonu, przewidział Paul Dirac w swoim wykładzie z 1933 r. Z Nagrodą Nobla. Diraca otrzymane Nagrodą Nobla w jego 1928 publikacji jego równania Diraca , że przewidywana istnienie dodatnich i ujemnych roztworów do Einsteina równania energii „S ( ) i istnienie pozytonów , analog antymaterii elektronu, o przeciwnym ładunku i wirowania.
Antyproton został po raz pierwszy potwierdzony eksperymentalnie w 1955 roku w akceleratorze cząstek Bevatron przez fizyków z Uniwersytetu Kalifornijskiego, Emilio Segrè i Owena Chamberlaina z Berkeley , za co w 1959 roku otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki .
Pod względem kwarków walencyjnych , antyproton składa się z dwóch antykwarków górnych i jednego antykwarka dolnego (
u
u
re
). Wszystkie zmierzone właściwości antyprotonu odpowiadają odpowiednim właściwościom protonu, z wyjątkiem tego, że antyproton ma ładunek elektryczny i moment magnetyczny, które są przeciwieństwami właściwości protonu. Pytanie o to, czym różni się materia od antymaterii i znaczenie antymaterii w wyjaśnianiu, w jaki sposób nasz wszechświat przetrwał Wielki Wybuch , pozostają problemami otwartymi - częściowo otwartymi ze względu na względny niedobór antymaterii w dzisiejszym wszechświecie.
Występowanie w przyrodzie
Antyprotony są wykrywane w promieniowaniu kosmicznym od ponad 25 lat, najpierw (1993) w eksperymentach z balonami, a ostatnio przez detektory satelitarne. Standardowy obraz ich obecności w promieniowaniu kosmicznym jest taki, że powstają w zderzeniach protonów promieniowania kosmicznego z jądrami w ośrodku międzygwiazdowym , w wyniku reakcji, w której A reprezentuje jądro:
p
+ A →
p
+
p
+
p
+ A
Wtórne antyprotony (
p
) następnie rozprzestrzeniają się w galaktyce , ograniczonej przez galaktyczne pola magnetyczne . Ich widmo energetyczne jest modyfikowane przez zderzenia z innymi atomami w ośrodku międzygwiazdowym, a antyprotony mogą również zostać utracone przez „wyciek” z galaktyki.
Widmo energii promieniowania kosmicznego antyprotonu jest teraz mierzone wiarygodnie i jest zgodne z tym standardowym obrazem produkcji antyprotonów w wyniku zderzeń promieniowania kosmicznego. Te eksperymentalne pomiary wyznaczają górne limity liczby antyprotonów, które mogą być wytwarzane w egzotyczny sposób, na przykład w wyniku anihilacji supersymetrycznych cząstek ciemnej materii w galaktyce lub z promieniowania Hawkinga spowodowanego parowaniem pierwotnych czarnych dziur . Zapewnia to również dolną granicę żywotności antyprotonu wynoszącą około 1–10 milionów lat. Ponieważ galaktyczny czas przechowywania antyprotonów wynosi około 10 milionów lat, czas trwania wewnętrznego rozpadu modyfikowałby czas przebywania galaktyki i zniekształcał widmo antyprotonów promieniowania kosmicznego. Jest to znacznie bardziej rygorystyczne niż najlepsze laboratoryjne pomiary czasu życia antyprotonu:
- Współpraca LEAR w CERN : 0,08 roku
- Pułapka Antyhydrogenowa Penninga firmy Gabrielse i wsp .: 0,28 roku
- Eksperyment BASE w CERN : 10,2 roku
- Współpraca APEX w Fermilab : 50 000 lat za
p
→
μ -
+ cokolwiek - Współpraca APEX w Fermilab: 300 000 lat za
p
→
mi -
+
γ
Symetria CPT przewiduje, że wielkość właściwości antyprotonu jest dokładnie powiązana z właściwościami protonu. W szczególności symetria CPT przewiduje, że masa i czas życia antyprotonu będą takie same jak protonu, a ładunek elektryczny i moment magnetyczny antyprotonu będą miały przeciwny znak i będą miały taką samą wielkość jak proton. Symetria CPT jest podstawową konsekwencją kwantowej teorii pola i nigdy nie wykryto jej naruszenia.
Lista ostatnich eksperymentów z wykrywaniem promieniowania kosmicznego
- BESS : eksperyment balonowy, lata 1993, 1995, 1997, 2000, 2002, 2004 (Polar-I) i 2007 (Polar-II).
- CAPRICE: eksperyment balonowy, oblatany w 1994 i 1998.
- HEAT: eksperyment balonowy, oblatany w 2000 roku.
- AMS : eksperyment kosmiczny, prototyp oblatany na promie kosmicznym w 1998 roku, przeznaczony dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej , wystrzelony w maju 2011 roku.
- PAMELA : eksperyment satelitarny mający na celu wykrycie promieni kosmicznych i antymaterii z kosmosu, uruchomiony w czerwcu 2006 r. Ostatni raport odkrył 28 antyprotonów w Anomalii Południowego Atlantyku .
Współczesne eksperymenty i aplikacje
Produkcja
Antyprotony były rutynowo produkowane w Fermilab na potrzeby fizyki zderzaczy w Tevatronie , gdzie zderzały się z protonami. Zastosowanie antyprotonów pozwala na uzyskanie wyższej średniej energii zderzeń między kwarkami i antykwarkami, niż byłoby to możliwe w zderzeniach proton-proton. Dzieje się tak, ponieważ kwarki walencyjne w protonie i antykwarki walencyjne w antyprotonie mają tendencję do przenoszenia największej części pędu protonu lub antyprotonu .
Tworzenie antyprotonów wymaga energii odpowiadającej temperaturze 10 bilionów K (10 13 K), a nie ma to zwykle miejsca w sposób naturalny. Jednak w CERN protony są przyspieszane w synchrotronie protonowym do energii 26 G eV, a następnie rozbijane w pręcik irydowy . Protony odbijają się od jąder irydu z energią wystarczającą do wytworzenia materii . Tworzy się szereg cząstek i antycząstek, a antyprotony są oddzielane za pomocą magnesów w próżni .
Pomiary
W lipcu 2011 roku eksperyment ASACUSA w CERN określił masę antyprotonu 1 836 .152 6736 (23) razy większa niż elektronów . To tyle samo, co masa protonu, na poziomie pewności eksperymentu.
W październiku 2017 r. Naukowcy pracujący nad eksperymentem BASE w CERN poinformowali o pomiarze momentu magnetycznego antyprotonu z dokładnością do 1,5 części na miliard. Jest to zgodne z najdokładniejszym pomiarem momentu magnetycznego protonu (również wykonanym przez BASE w 2014 r.), Co potwierdza hipotezę o symetrii CPT . Ten pomiar to pierwszy raz, kiedy właściwość antymaterii jest znana dokładniej niż jej odpowiednik w materii.
Możliwe zastosowania
W eksperymentach laboratoryjnych wykazano, że antyprotony mogą leczyć niektóre nowotwory podobną metodą stosowaną obecnie w terapii jonowej (protonowej). Podstawowa różnica między terapią antyprotonową a terapią protonową polega na tym, że po osadzeniu energii jonów antyproton ulega anihilacji, odkładając dodatkową energię w obszarze nowotworowym.
Zobacz też
- Antymateria
- Antineutron
- Pozyton
- Przeciwwodór
- Hel antyprotoniczny
- Lista cząstek
- Recykling antymaterii