Antimaterie ist das Gegenteil von normaler Materie. Genauer gesagt haben die subatomaren Teilchen der Antimaterie Eigenschaften, die denen der normalen Materie entgegengesetzt sind. Die elektrische Ladung dieser Teilchen ist umgekehrt. Antimaterie wurde zusammen mit Materie nach dem Urknall geschaffen, aber Antimaterie ist im heutigen Universum selten, und Wissenschaftler sind sich nicht sicher warum.
Um Antimaterie besser zu verstehen, muss man mehr über Materie wissen. Materie besteht aus Atomen, die die Grundeinheiten chemischer Elemente wie Wasserstoff, Helium oder Sauerstoff sind.,
Das Universum eines Atoms ist komplex, da es voller exotischer Teilchen mit Eigenschaften von Spin und „Geschmack“ ist, die Physiker erst zu verstehen beginnen. Aus einer einfachen Perspektive haben Atome jedoch Teilchen, die als Elektronen, Protonen und Neutronen in ihnen bekannt sind. Jedes element hat eine bestimmte Anzahl von Protonen in jedem atom: Wasserstoff hat ein proton; helium hat zwei Protonen, und so auf.
Antiteilchen
Im Herzen eines Atoms, genannt Kern, sind Protonen (die eine positive elektrische Ladung haben) und Neutronen (die eine neutrale Ladung haben)., Elektronen, die im Allgemeinen eine negative Ladung haben, nehmen Umlaufbahnen um den Kern ein. Die Bahnen können sich ändern, je nachdem, wie „angeregt“ die Elektronen sind (dh wie viel Energie sie haben.)
Im Falle von Antimaterie wird die elektrische Ladung relativ zur Materie umgekehrt, so die NASA. Antielektronen (Positronen genannt) verhalten sich wie Elektronen, haben aber eine positive Ladung. Antiprotonen sind, wie der Name schon sagt, Protonen mit negativer Ladung.,
Diese Antimaterie-Teilchen (die „Antiteilchen“ genannt werden) wurden an riesigen Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider des CERN (der Europäischen Organisation für Kernforschung) erzeugt und untersucht, so die NASA.
„Antimaterie ist KEINE Antigravitation“, fügte die NASA hinzu. „Obwohl es nicht experimentell bestätigt wurde, sagt die bestehende Theorie voraus, dass sich Antimaterie gegenüber der Schwerkraft genauso verhält wie normale Materie.“
Wo ist es?
Antimaterie-Partikel entstehen bei ultraschnellen Kollisionen., In den ersten Augenblicken nach dem Urknall existierte nur Energie. Als sich das Universum abkühlte und ausdehnte, wurden Teilchen von Materie und Antimaterie in gleichen Mengen produziert. Warum Materie dominiert hat, ist eine Frage, die Wissenschaftler noch nicht entdeckt haben.
Eine Theorie legt nahe, dass am Anfang mehr normale Materie als Antimaterie erzeugt wurde, so dass auch nach gegenseitiger Vernichtung noch genug normale Materie übrig war, um Sterne, Galaxien und uns zu bilden.,
Vorhersage und Nobelpreis
Antimaterie wurde erstmals 1928 vom englischen Physiker Paul Dirac vorhergesagt, den das New Scientist Magazine als „den größten britischen Theoretiker seit Sir Isaac Newton“ bezeichnete.“
Dirac hat Einsteins spezielle Relativitätsgleichung (die besagt, dass Licht das sich am schnellsten bewegende Ding im Universum ist) und die Quantenmechanik (die beschreibt, was in einem Atom passiert) zusammengestellt. Er entdeckte, dass die Gleichung für Elektronen mit negativer Ladung oder mit positiven Ladungen arbeitete.,
Während Dirac zunächst zögerte, seine Erkenntnisse zu teilen, umarmte er sie schließlich und sagte, dass jedes Teilchen im Universum ein Spiegelbild haben würde. Der amerikanische Physiker Carl D. Anderson entdeckte 1932 Positronen. Dirac erhielt 1933 einen Nobelpreis für Physik und Anderson erhielt den Preis 1936.
Antimatter Raumschiff?
Wenn Antimaterie-Partikel mit Materieteilchen interagieren, vernichten sie sich gegenseitig und produzieren Energie., Dies hat dazu geführt, dass Ingenieure spekulieren, dass Antimaterie-angetriebene Raumfahrzeuge ein effizienter Weg sein könnten, um das Universum zu erkunden.
Die NASA warnt, dass diese Idee einen großen Haken hat: Es dauert etwa 100 Milliarden US-Dollar, um ein Milligramm Antimaterie zu erzeugen. Während die Forschung mit viel weniger Antimaterie auskommen kann, ist dies das Minimum, das für die Anwendung benötigt wird.
„Um kommerziell rentabel zu sein, müsste dieser Preis um etwa den Faktor 10.000 fallen“, schrieb die Agentur., Die Stromerzeugung verursacht weitere Kopfschmerzen: „Es kostet viel mehr Energie, Antimaterie zu erzeugen, als die Energie, die man durch eine Antimaterie-Reaktion zurückgewinnen könnte.“
Aber das hat die NASA und andere Gruppen nicht davon abgehalten, daran zu arbeiten, die Technologie zur Ermöglichung von Antimaterie-Raumfahrzeugen zu verbessern. Im Jahr 2012 sagte ein Vertreter der Tauri-Gruppe Space.com dass es möglich ist, dass Antimaterie in Zukunft etwa 40-60 Jahre verwendet werden könnte.,
Die NASA erstellte 2010 (mit Hilfe der Tauri-Gruppe und anderer) einen Bericht mit dem Titel „Technology Frontiers: Breakthrough Capabilities for Space Exploration“, in dem detailliert beschrieben wurde, wie ein Fusionsraumschiff funktionieren könnte.
Das Design fordert Pellets aus Deuterium und Tritium (schwere Wasserstoffisotope mit einem oder zwei Neutronen in ihren Kernen, im Gegensatz zu gewöhnlichem Wasserstoff, der keine Neutronen hat). Ein Antiprotonstrahl würde dann in die Pellets gebeamt, die gegen eine darin eingebettete Uranschicht bashen würden.,
Nachdem die Antiprotonen das Uran getroffen haben, würden beide zerstört und Spaltprodukte erzeugt, die eine Fusionsreaktion auslösen würden. Richtig gerichtet, könnte dies ein Raumschiff bewegen.
Weitere Informationen:
- NASA: Status des Antimaterie-Warpantriebs, wann?
- Scientific American: Was Ist Antimaterie?
- CERN: Antimaterie