Vad är skillnaden mellan materia och antimateria?

Om vi ska fatta vad som skiljer materia från antimateria måste vi först ta en titt på vad materia egentligen är och de regler som partikelfysikens lagar följer.

Partikelsymmetrier

Kvantmekanikens lagar behandlar partiklar och deras motsvarigheter – antipartiklar – på samma sätt. Varje partikel har en antipartikel med samma vikt men motsatt laddning. Ta en elektron som är negativt laddad, till exempel; den har sin schyssta motpol i positron, som är positivt laddad. Detta gäller även för andra partiklar som protoner och antiprotoner.

I de flesta experiment där partiklar kolliderar bildas lika mycket materia som antimateria. Men varför allt i universum ändå verkar mestadels bestå av materia är ett riktigt mysterium för forskare. Detta har gjort att de nystar vidare för att upptäcka eventuella hemligheter i våra nuvarande fysikmodeller.

Antimateria vs. Materia

Den stora skillnaden mellan materia och antimateria är deras elektriska laddning. Undantaget det har de i stort sett samma egenskaper, som vikt. När antimateria och materia kommer i kontakt säger de ”hej då” till varandra och försvinner till strålning. Det här gör att de inte kan bo ihop, något som forskare måste jonglera med när de forskar om antimateria.

Forskare från Tyskland och Japan har försökt att upptäcka skillnader i protoner och antiprotoner genom att jämföra de två. Det visade sig att det inte fanns några mätbara skillnader, särskilt när de fångade partiklarna i magnetfält och mätte hur lång tid de tog för varje varv.

Ett annat experiment provade om gravitationen behandlade materia och antimateria olika. De mätte hur snabbt antipartiklar rörde sig runt i sina banor i solens gravitationsfält. Precis som tidigare, såg de inga skillnader i hur de snurrade.

För att fatta allt det här ordentligt behövs riktigt avancerade experiment. CERN-forskarna har lyckats med detta, genom att hålla antivätet från marken med hjälp av magnetiska och elektriska fält.

Att förstå dessa fantastiska symmetrier och de symmetribrott som kan existera är viktigt för att knäcka gåtan varför universum är mestadels materia.

Forskning om Antimaterial

När det kommer till antimateria, luktar forskarna sig fram till hemligheterna bakom dess underliga jämförelse med vårt vanliga materia. Lite så som när du försöker förstå varför din katt ibland bara stirrar på ett hörn – det är ett mysterium!

Experimentella Studier

I ett spännande experiment hoppade hjärnor från Tyskland och Japan på tåget för att lura ur sig hur laddning och massa beter sig hos protoner och deras onda tvillingar, antiprotonerna. De busade runt med partiklarna genom att slänga dem i en magnetisk karusell för att se hur länge de orkade snurra. Och vet du vad? Ingen större skillnad. De är som tvillingar på en identitetskörare!

Man kan ju nästan tro att detta bekräftar en sorts mystisk jämställdhet mellan ämne och antimateria.

Gravitationspåverkan

Ännu ett experiment handlade om att se hur gravitationen kittlas för antimateria jämfört med vanlig tråkig materia. Typ så som när du funderar på om katter alltid landar på fötterna oavsett gravitationen. I detta fall testade de hur snabbt antiprotoner hade gasen i botten beroende på hur långt de var från solen. Och svaret? Som en gammal rocklåt – samma gamla visa.

Den här utförliga studie väcker nästan tanken att gravitationen helt enkelt inte gör skillnad på om det är vanlig materia eller antimateria. Kanske bryr den sig lika lite som en lat söndagscryareg!

Så forskningar sätter fart målklar på att avslöja fler av antimaterians hemligheter. Kanske nästa gång hittar de något som faktiskt inte beter sig som en vanlig matter-ego!

Antimaterial i Kosmos

Bildningsprocesser

Antimateria är som en osynlig tvilling till vanlig materia, och den föds ofta när högenergipartiklar smäller ihop i rymden. Tänk dig till exempel när kosmisk strålning dundrar in i Jordens atmosfär. Energin från dessa smällar kan förvandlas till par av partiklar och deras spegelbilder, som en elektron och en positron.

Trots dessa coola kollisioner har forskare inte sett någon naturlig samling av antimateria flytandes runt i universum ännu. Om dessa fanns där ute, skulle de avslöja sig själva med en ljusshow av strålning som sker när de möter vanlig materia och puff! försvinner.

För att hålla ögonen öppna efter möjliga fällor av antimateria har flera satelliter skickats ut på upptäcktsfärd. Även stratosfärballonger har skickats upp på höga höjder i polarområdet, med detektorer redo att fånga varje liten fläkt av dessa mystiska partiklar.

Mörk Materia och Antimaterial

Mörk materia, det är liksom universums största hemlighet och det kan definitivt inte bytas mot antimateria. Enligt Einstein och hans teorier, är mörk materia oumbärlig för att förstå hur galaxer hänger ihop och svänger runt. Man tror att den är gjord av långlivade, tunga och blygsamma partiklar. Men precis vad den består av, ja, det är fortfarande en gåta.

Det roliga är att mörk materia verkar gilla att kasta följe med vanlig materia, lite som två oskiljaktiga vänner, fastän de bara dras till varandra på grund av gravitation. Antimateria, å andra sidan, är lite mer dramatisk och gillar att försvinna vid kontakt med vanlig materia. Mörk materia är istället en djup och mystisk kraft som håller sig mest till gravitation.

Enkel Jämförelse

Både antimateria och mörk materia kittlar fantasin hos astrofysiker. Medan vi kan spana in antimateria tack vare strålningar när det blir fest med annihilation, så vet vi att mörk materia finns eftersom den slänger runt med galaxer och stjärnor genom sin gravitationskraft.

Framtida Utmaningar

Symmetribrott och Materiens Övervikt

Varför är universum fullt av materia istället för antimateria? Det är en av fysikens knivigaste gåtor. Enligt kvantmekanikens regler borde partiklar och deras skuggsidor, antipartikler, egentligen skapa lika mycket oväsen. Men om vi tittar upp mot stjärnorna eller ner i våra experiment så ser vi en annan story. Bara materia, vart vi än vänder blicken. Nyckeln kan finnas i dessa mystiska knäck där symmetrins lagar bryts, och forskare är på jakt efter kodade budskap i universum som kan avslöja varför antimaterian inte bara försvann i ett nafs efter Big Bang. Spännande teorier föreslår att något lurt i det unga universum lurade till en liten fördel för materia som sen drog det längsta strået.

Användningsområden och Mystiker

Antimateria har en del tricks i rockärmen, vilket erbjuder både utsikter och huvudbry. Inom medicinen kan vi ta en pejl på vår insida med hjälp av positronemissionstomografi (PET) där små partiklar, positroner, användes för att skapa inre snapshots. Dessutom pågår häftiga experiment på CERN med att fånga antimateria i en bur av magnetiska och elektriska fält – som att hålla en tiger i luften, allt för att undvika att det bombar med vanliga materia.

Sen har vi den stängda boken av mörk materia, som vi vet inte är antimateria. För att förklara universums danspartner i galaxernas födelse och rotation behöver vi förstå dessa mystiska, tunga partiklar som inte gärna visar sig. Spännande nog verkar mörk materia trivas bäst där vanlig materia också hänger.

Även om vi inte riktigt vet om antimateria gömmer sig naturligt ute bland stjärnorna, det har varit märkligt tyst. Vi har inte luktat späda på starka signaler från antimateria-krigszoner, vilket kanske betyder att dessa regioner är både rara och hemlighetsfulla.

Share on Facebook

Tweet

Follow us