- ما هي المادة المضادة؟
- اكتشاف المادة المضادة
- خصائص المادة المضادة
- أين توجد المادة المضادة؟
- ما هي المادة المضادة؟
نفسر ماهية المادة المضادة ، وكيف تم اكتشافها ، وخصائصها ، والاختلاف مع المادة وأين توجد.
ما هي المادة المضادة؟
في فيزياء الجسيمات ، المادة المضادة هي نوع المادة المكونة منهاالجسيمات المضادة، بدلا منحبيبات عادي. إنه نوع أقل شيوعًا من موضوع.
تشبه المادة المضادة إلى حد كبير المادة الشائعة ، والفرق الوحيد هو في الشحنة الكهربائية من الجسيمات وفي بعض الأعداد الكمومية. وهكذا ، يسمى أيضًا مضاد الإلكترونالبوزيترون إنه الجسيم المضاد للإلكترون ، الذي له نفس الخصائص باستثناء الشحنة الموجبة. من ناحية أخرى ، فإن مضادات النيوترونات محايدة (مثل النيوترونات) لكن لحظاتها المغناطيسية معاكسة. أخيرًا ، تختلف البروتونات المضادة عن البروتونات في أنها سالبة الشحنة.
من خلال التفاعل ، تدمر المادة المضادة والمادة بعضها البعض بعد لحظات قليلة ، وتطلق كميات هائلة منطاقة في شكل فوتونات عالية الطاقة (أشعة جاما) وأزواج أخرى من الجسيمات الأولية والجسيمات المضادة.
في دراساتجسدي - بدني يتم التمييز بين الجسيمات والجسيمات المضادة باستخدام شريط أفقي (ماكرو) فوق الرموز المقابلة لـبروتون (ع) ،إلكترون (هـ) ونيوترون (ن).
الذرات المكونة من الجسيمات المضادة لا توجد بشكل طبيعي في طبيعة سجية لأنهم سيبادون بالمادة العادية. تم إنشاء كمية صغيرة جدًا فقط بنجاح في التجارب التي تهدف إلى تكوين الذرات المضادة.
اكتشاف المادة المضادة
تم وضع نظرية وجود المادة المضادة في عام 1928 من قبل الفيزيائي الإنجليزي بول ديراك (1902-1984) عندما شرع في صياغة معادلة رياضية تجمع بين مبادئ النسبية ألبرت أينشتاين و فيزياء الكم بواسطة نيلز بور.
تم حل هذا العمل النظري الشاق بنجاح ومن هناك تم التوصل إلى استنتاج مفاده أنه يجب أن يكون هناك جسيم مماثل للإلكترون ولكن بشحنة كهربائية موجبة. كان يسمى هذا الجسيم المضاد الأول مضاد للإلكترون ومن المعروف اليوم أن مواجهته مع إلكترون عادي يؤدي إلى فناء متبادل وتوليد فوتونات (أشعة جاما).
لذلك ، كان من الممكن التفكير في وجود البروتونات المضادة والنيوترونات المضادة. تم تأكيد نظرية ديراك في عام 1932 ، عندما تم اكتشاف البوزيترونات في التفاعل بين الأشعة الكونية والمادة العادية.
منذ ذلك الحين لوحظ الفناء المتبادل للإلكترون ومضاد الإلكترون. اجتماعهم يشكل نظام يعرف باسم البوزيترونيوم ، لا يتجاوز عمر النصف 10-10 أو 10-7 ثوانٍ أبدًا.
في وقت لاحق ، في مسرّع الجسيمات بيركلي (كاليفورنيا ، 1955) كان من الممكن إنتاج البروتونات المضادة والوترونات المضادة من خلال التصادمات الذرية عالية الطاقة ، باتباع صيغة أينشتاين لـ ه = مك 2 (الطاقة تساوي الجماعية بواسطة سرعة الضوء تربيع).
وبالمثل ، في عام 1995 تم الحصول على أول مضاد للذرة بفضل المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN). تمكن هؤلاء الفيزيائيون الأوروبيون من تكوين مادة هيدروجين أو ذرة هيدروجين مضاد ، مكونة من بوزيترون يدور حول البروتون المضاد.
خصائص المادة المضادة
تشير الأبحاث الحديثة حول المادة المضادة إلى أنها مستقرة مثل المادة العادية. ومع ذلك ، فإن خصائصه الكهرومغناطيسية معكوسة لخصائص المادة.
لم يكن من السهل دراسته بعمق ، نظرًا للتكاليف المالية الهائلة التي ينطوي عليها إنتاجه في المختبر (حوالي 62.500 مليون دولار أمريكي لكل مليغرام تم إنشاؤه) ومدته القصيرة جدًا.
استغرقت أنجح حالة لتكوين المادة المضادة في المختبر حوالي 16 دقيقة. ومع ذلك ، فقد أدت هذه التجارب الحديثة إلى الحدس القائل بأن المادة والمادة المضادة قد لا يكون لهما نفس الخصائص بالضبط.
أين توجد المادة المضادة؟
هذا هو أحد ألغاز المادة المضادة ، والتي يوجد لها العديد من التفسيرات المحتملة. معظم النظريات حول أصل كون تقبل أنها كانت موجودة في البداية النسب مثل المادة والمادة المضادة.
ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، يبدو أن الكون المرئي يتكون فقط من مادة عادية. تشير التفسيرات المحتملة لهذا التغيير إلى تفاعلات المادة والمادة المضادة مع المادة المظلمة، أو عدم التناسق الأولي بين كمية المادة والمادة المضادة المنتجة خلال الانفجار العظيم.
ما نعرفه هو أن الإنتاج الطبيعي للجسيمات المضادة يحدث في حلقات Van Allen على كوكبنا. تقع هذه الحلقات على بعد حوالي ألفي كيلومتر من السطح وتتفاعل بهذه الطريقة عندما تصطدم أشعة جاما بـ أجواء الخارج.
تميل هذه المادة المضادة إلى التكتل معًا ، نظرًا لعدم وجود مادة عادية كافية في تلك المنطقة لإبادة نفسها ، ويعتقد بعض العلماء أنه يمكن استخدام هذا المورد "لاستخراج" المادة المضادة.
ما هي المادة المضادة؟
ليس للمادة المضادة بعد العديد من الاستخدامات العملية في الصناعات البشرية ، نظرًا لارتفاعها الشديد التكاليف والمطالبة تكنولوجيا هذا يعني إنتاجها ومعالجتها. ومع ذلك ، فإن بعض التطبيقات أصبحت بالفعل حقيقة واقعة.
على سبيل المثال ، يتم إجراء فحوصات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) ، والتي تشير إلى أن استخدام البروتونات المضادة في علاج السرطان ممكن وربما أكثر فعالية من تقنيات البروتون الحالية (العلاج الإشعاعي).
ومع ذلك ، فإن التطبيق الرئيسي للمادة المضادة هو كمصدر طاقة. وفقًا لمعادلات أينشتاين ، فإن إبادة المادة والمادة المضادة تطلق قدرًا كبيرًا من الطاقة بحيث يكون كيلو من المادة / إبادة المادة المضادة أكثر إنتاجية بعشرة مليارات مرة من أي طاقة أخرى. تفاعل كيميائي وعشرة آلاف مرة أكثر من الانشطار النووي.
إذا كان من الممكن التحكم في ردود الفعل هذه وتسخيرها ، فستتغير جميع الصناعات وحتى النقل. على سبيل المثال ، يمكن لعشرة ملليغرام من المادة المضادة أن تدفع مركبة فضائية إلى ما يصل إلى المريخ.