Ett stort steg till transport av antimateria

 

Bild wikipedia. Partiklar från vänster uppifrån och ner: elektron, proton, neutron. Antipartiklar från höger uppifrån och ner: positron, antiproton, antineutron

Antimateria är motsatsen till vanliga materia vilket vår galax och resten av vårt synliga universum består av. Det blev en antipartikel för varje vanlig partikel: (vid BigBang) till exempel proton–antiproton, neutron–antineutron och elektron–positron. Vissa partiklar är sina egna antipartiklar, till exempel fotoner och Z-bosoner.

CERN:s Antiproton Decelerator Hall är den enda platsen i världen där forskare kan lagra och studera antiprotoner. Forskare som arbetar vid BASE-experimentet hoppas  att en dag kunna ändra på det, tack vare BASE-STEP, en anordning som är utformad för att lagra och transportera antimateria. Den 24 oktober tog forskar- och ingenjörsteamet ett stort steg mot detta mål genom att transportera ett moln av 70 protoner i en lastbil till CERN:s huvudanläggning.

« Om vi kan göra det med protoner kan vi också göra det med antiprotoner, beskriver Christian Smorra, projektledare för BASE-STEP. Den enda skillnaden är att vi för antiprotoner kommer att behöva en mer effektiv vakuumkammare. »

Det här är första gången som obundna partiklar har transporterats i en återanvändbar fälla som forskare sedan kan öppna på en annan plats för att överföra innehållet till ett annat experiment. Målet är att skapa en antiprotonleveranstjänst mellan CERN och till experiment i andra laboratorier.

Antimateria är en kategori av partiklar som finns i naturen; Den är nästan identisk med vanlig materia, men dess laddningar och magnetiska egenskaper är omvända. Detta är en egenhet som länge har fascinerat forskare, eftersom Big Bang enligt fysikens lagar borde ha skapat materia och antimateria i lika stora mängder. Därför borde partiklarna och deras antipartiklar ha förintat varandra snabbt och skapat ett bubblande men tomt universum.

Fysiker misstänker att det finns i dag ännu ej kända skillnader som skulle kunna förklara varför materia finns medan antimateria nästan helt har försvunnit. « Acceleratorns utrustning i antiprotondeceleratorhallen genererar magnetfältsfluktuationer som begränsar mätnoggrannheten, förklarar Stefan Ulmer, talesperson för BASE-experimentet.

 Det är här BASE-STEP-enheten kommer in, vars mål är att fånga antiprotoner och överföra dem till en anläggning där forskare kan studera dem mer ingående. För att göra detta behöver de en enhet som är tillräckligt liten för att lastas in i en lastbil och som kan motstå oundvikliga stötar och vibrationer under transporten. Den nuvarande enheten, som innehåller en supraledande magnet, ett kryogent kylsystem, energireserver och en vakuumkammare som fångar in partiklar med hjälp av magnetiska och elektriska fält väger ett ton och kräver två kranar för att förflytta sig från experimenthallen till lastbilen.

Trots sin tunga vikt är BASE-STEP-enheten mycket mer kompakt än något annat existerande system för att studera antimateria. Till exempel har den en golvyta som är fem gånger mindre än det ursprungliga BASE-experimentet, eftersom den måste vara tillräckligt smal för att passera genom vanliga laboratoriedörrar. Efter det lyckade testet, som krävde omfattande övervakning och datainsamling, planerar forskarna nu att förfina sin procedur med målet att transportera antimateria redan nästa år. – Det här är en helt ny teknik som kommer att öppna upp nya möjligheter för studier inte bara för antiprotoner utan även för andra exotiska partiklar, som ultraladdade joner, beskriver Stefan Ulmer talesperson för BASE-experimentet.

Ett annat experiment, kallat PUMA, arbetar med en transportabel fälla. Nästa år planerar man att transportera antiprotoner 600 meter från Antiproton Decelerator Hall till ISOLDE-anläggningen med målet att använda anläggningen för att studera egenskaper och struktur hos exotiska atomkärnor.

JA det är ett mysterium att inte antimateria och materia utplånade varandra vid BigBang. Vad fick materia att klara sig och vad fick antimateria att inte bli det vi alla är uppbyggda av. Båda formerna är lika hållbara var för sig. Något vi inte förstår av svaghet i antimaterian i förhållande till materia är ännu inte förstått.

Pulsaren psr J2030+4415 med en stråle av materia och antimateria

 

Denna bild ovan från NASA:s Chandra X-ray Observatory och markbaserade optiska teleskop visar en extremt lång stråle (glödliknande tråd) av materia och antimateria av en mindre pulsar. Upptäckten publicerades nyligen på Chandras nyhetssida (se länk nedan).

Denna stråle kan kanske ge ledtrådar till att förklara det förvånansvärt stora antalet positroner, motsatsen till elektroner forskare upptäckt i Vintergatan.

Ljusstrålen till vänster på bilden visar ca en tredjedel av strålens längd som utgår från pulsaren psr J2030+4415 (J2030). Pulsaren finns cirka 1 600 ljusår från jorden och är likt objekt av detta slag av hög densitet och en storlek som en medelstor stad, Pulsaren (neutronstjärnan) bildades vid kollapsen av en massiv stjärna och just nu roterar den med flera  varv i sekunden runt sin axel.

Röntgenbilder tagna med Chandra (det blå fältet) visar hur partiklar strömmar ut från pulsaren längs med magnetfältslinjerna  i en hastighet av en tredjedel av ljushastigheten. Utifrån en närbild av pulsaren till höger i bild visas hur röntgenstrålar som skapas av partiklar sveper runt om pulsaren. Pulsaren sveper genom genom universum med en hastighet av ca 160900 km/h denna vilket får partiklar att skapa den långa glödtråden. (Optiska ljusdata från Gemini-teleskopet på Mauna Kea på Hawaii har använts vid analysen).

Man kan tillägga att som säkert flertalet redan vet att universum består till störta delen av vanlig materia inte av antimateria. Ett möte med dessa motsatser resulterar i att båda förintas.  Men likväl finner forskare  bevis för ett relativt stort antal positroner i universum, vilket leder till frågan: vilka är möjliga källor finns till denna antimateria? OBS positroner motsatsen till elektroner. Men det innebär inte antiproton antineutron vilka även behövs för en antiatoms uppbyggnad finns i lika stort antal (min anm.).

 Forskarna beskriver Chandra-studien av J2030 som att pulsarer likt denna  ger svar på varifrån positroner uppstår. Kombinationen av två ytterligheter – snabb rotation och höga magnetfält i pulsarer – leder till partikelacceleration och högenergistrålning som skapar elektron- och positronpar. (Den vanliga processen att omvandla massa till energi som bestäms av Einsteins E = mc2-ekvation är omvänd och energi omvandlas till massa.)

Pulsarer genererar rörelser av laddade partiklar som vanligtvis är begränsade inom kraftfulla magnetfält. Pulsaren färdas genom interstellära rymden i hög hastighet med strålen efter sig. En bogchock av gas rör sig framför pulsaren, liknande  vattenrörelsen framför fören på en båt i rörelse. Men för ungefär 20 till 30 år sedan verkar bogchockens rörelse från pulsaren ha avstannat och pulsaren kom ikapp den.

 

Den efterföljande kollisionen utlöste troligen en partikelläcka, där pulsarvindens magnetfält kopplades ihop sig med det interstellära magnetfältet. Som ett resultat kunde högenergielektronerna och positronerna då spruta ut genom ett "munstycke" bildat genom anslutningen till galaxen vari den ingår.

Frågan kvarstår dock över vad som skapar både elektroner och positroner (min anm.).

Bild från på en röntgenfotografering av objektet. Röntgenfotografering av objektet. https://chandra.harvard.edu/photo/2022/j2030/

Det är möjligt att det finns enstaka stjärnor däruppe som består av antimateria.

 

Antimateria är motsatsen till vanlig materia. Den som vi och vår galax och resten av vårt synliga universum består av. Antipartikeln är motsatsen till materia i form av  elektrisk laddning  till exempel proton–antiproton, neutron–antineutron och elektron–positron. Vissa partiklar är sina egna antipartiklar, till exempel fotoner och Z-bosoner.

Forskare producerar regelbundet antimateriapartiklar i experimentsyfte och har även en förklaring till dess kosmiska frånvaro: När antimateria och normal materia möts förintas de ömsesidigt i en energisprängning.  Det är därför fysiker var så förbryllade 2018 när chefen för Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) vid ett  experiment monterat på utsidan av den internationella rymdstationen ISS meddelade att instrumentet kan ha upptäckt två antiheliumkärnor - förutom de sex som eventuellt upptäckts tidigare.

Inspirerad av de trevande AMS-resultaten publicerade då en grupp forskare en studie som beräknade det maximala antalet antimateriastjärnor som kan finnas i universum baserat på ett antal för närvarande oförklarliga gammastrålningskällor som hittats av Fermi Large Area Telescope (LAT).

Simon Dupourqué, studiens huvudförfattare och astrofysikstudent vid Forskningsinstitutet i astrofysik och planetologi vid Universitetet i Toulouse III–Paul Sabatier i Frankrike och Franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS) gjorde därefter en uppskattningen av antimateriastjärnor efter att ha letat efter antistjärnekandidater i ett decennium i LAT: s datainsamling.

Teamet som ingick i undersökningen analyserade10 år av data vilket var ungefär 6 000 ljusemitterande objekt. De tonade därefter ner listan till källor som strålat med den gammafrekvens (för att misstänkas vara antimateriaexplosioner - krockar mellan materia och antimateria) som inte analyserats tidigare och  katalogiserade dessa astronomiska objekt. Av dessa hittade14 kandidater enligt Dupourqué. uppskattades att ungefär en antistjärna kan finnas per  400000 vanliga materiastjärnor i vår del av universum.

Men i stället för några förmodade antistjärnor, säger Dupourqué, kan dessa gammablixtar   komma från pulsarer eller de supermassiva svarta hålen i galaxernas centrum.

För att inte detta inlägg ska bli för långt i diskussion läs vidare här på originalartikeln i Scientific American. 

För min del (min anm.)  är jag undrande över om inte de så kallade snabba radioblixtarna som explosivt kan detekteras under millisekunder kan ha samband med krockar av materia och antimateria? Dock inte i stjärnform utan kanske mindre gasmoln som krockar med vanliga gasmoln eller faller ner i en stjärna. Jag är även undrande över varför materia tog över som material och inte antimaterian? Vi vet att båda slagen skulle fungera lika bra under förutsättning att de inte möts. Det bör ha bildats betydligt mindre antimateria vid BigBang alternativt finns galaxer av antimateria därute långt bort.

Bild från vikipedia som föreställer. Partiklar från vänster uppifrån och ner: elektron, proton, neutron. Antipartiklar från höger uppifrån och ner: positron, antiproton, antineutron.

Kan en dvärggalax bestående av antimateria kretsa runt Vintergatan

 

Paul M. Sutter som är en astrofysiker vid SUNY Stony Brook och Flatiron Institute New York värd för Ask a Spaceman och Space Radio och författare till boken How to Die in Space. Han  säger följande i space.com. Vi vet inte varför universum domineras av materia istället för antimateria. Men det kan finnas hela stjärnor  och kanske till och med galaxer i universum bestående av antimateria.

Antimateria-stjärnor skulle kontinuerligt kasta sin antimateria ut i kosmos och kan teoretiskt ses som en andel av de högenergipartiklar som träffar jorden. Antimateria är precis som normal materia. Varje partikel har en anti-partikeltvilling med exakt samma massa exakt samma spinn och exakt samma av allt. Det enda annorlunda är laddningen. Till exempel är elektronens antipartikel kallad positron och har positiv laddning till skillnad mot vanlig materia där elektronen har negativ laddning. Se bild ovan.

 Dessa två slags materia speglar varandra nästan perfekt. För varje materiapartikel i universum borde det finnas en antimateriapartikel (enligt teorin). Men när vi ser oss omkring upptäcker vi ingen antimateria. Jorden är gjord av materia, solsystemet är gjort av materia, dammet mellan galaxer består av materia; det ser ut som hela universum  helt består av materia. Man kan undra varför antimateria är så sällsynt?

Om materia och antimateria skulle blivit perfekt balanserad vid BigBang, vad hände då med all antimateria? (Om det nu bildats lika mycket av varje slag av materia.  Kanske antimateria var något som bildades av misstag och aldrig skulle bildats och därför finns mycket lite eller knappt något alls. Kanske man kan se den som misslyckad materia (min anm.)? Något som inte kan bestå i mängd av någon fysisk anledning vi ännu inte förstår med vår fysiska kunskap. 

Svaret ligger någonstans i det tidiga universum. Men vad än den processen var om det där fanns eller uppkom någon antimateriadödande mekanism i det tidiga universum har vi ingen förklaring till i känd fysik. Det är möjligt att det tidiga universum kan ha lämnat stora klumpar av antimateria här och där i hela universum enligt Sutters resonemang.

Dessa klumpar, om de existerar, skulle i så fall existera i relativ isolering och kan finnas än i dag. Vi vet att då materia och antimateria träffas förintar de varandra i en blixt av energi. Men klumpar i form av något tusental stjärnor som samlats i en dvärggalax skulle kunna existera runt större galaxer i universum.

De galaxerna tros i så fall vara otroligt gamla, eftersom där inte bildas nya stjärnor numera utan de består av röda gamla stjärnor relativt fria från gas och damm vilket innebär inget bränsle till nya stjärnor (varför detta skulle vara fallet min anm, förstår jag logiskt inte det låter som en krystad teori). Vintergatan har ett följe av ca 150 små galaxer med få stjärnor några av dem kan bestå  av antimateriastjärnor med tillhörande planeter enligt resonemanget enligt Sutter .

Jag kan tänka mig ytterligare en annan förklaring. Att Big Bang skapade två universum ett bestående av materia och ett bestående av antimateria skilda åt i tid och därmed rum. I det andra universum bestående av antimateria är vår materia lika ovanlig som antimateria i vårt universum är. Man kan se det som att viss materia följde med in i parallelluniversum och viss antimateria följde med in i vårt universum vid BigBang Tanken på små dvärggalaxer runt vintergatan av antimateriastjärnor tvivlar jag på.

Bild från vikipedia som beskriver skillnaden i uppbyggnad av en atom av materia och antimateria. Partiklar från vänster uppifrån och ner: elektron, proton, neutron. Antipartiklar från höger uppifrån och ner: positron, antiproton, antineutron.

Kan Higgs bosoner vara anledningen till att det saknas antimateria i vårt universum?

Varför vårt universum innehåller mer materia än antimateria är en av de mest förbryllande mysterierna i fysikens värld. 


På något sätt när universum bildades vid Big Bang försvann nästan all antimateria lika fort som den uppstod och enbart den materia vi är uppbyggda av blev kvar. Teorin är att det borde funnits lika mycket antimatera som materia efter BigBang (vilket jag tvivlar på min anm,). Antimateria är spegelvänt uppbyggda atomer. 


Nu har en trio av teoretiker föreslagit att en trio av partiklar som kallas Higgs bosoner kan var förklaringen av försvinnandet av antimateria i stora mängder och de tror att de vet hur man hittar dessa bosoner. 


Men naturen lämnar några ledtrådar som är svårförklarade. Till exempel finns inga bevis för att stora mängder av antimateria dyker upp i den så kallade kosmiska mikrovågsugn (bakgrundsvärmen) från Big Bang. Det antyder att något inträffade i det mycket tidiga universum. Jag (min anm.) kan dock inte förstå varför man är så säker på att antimateria i stora mängder bör ha uppkommit vid BigBang.


Tre fysiker föreslår en möjlig potentiell lösning på varför antimateria försvann: Tre Higgs bosoner (dubblerad "Higgs trojka") var anledningen. När materia berör antimateria försvinner båda i en explosion. Men med dessa ännu ej upptäckta tre bisoner men teoretiskt troliga försvinner enbart antimateria vid krock med denna trojka av bosoner. Men (min anm.) skulle det bildats lika mycket materia och antimateria och denna trojka inte funnits som förstörde antimaterian skulle materia och antimateria krockat tills allt försvunnit och tomhet återstod.


Bosontrojkan om teorin stämmer Innebär att händelseförloppet gav balans av materia i universum och därmed möjligheten att bygga upp den verklighet och människa som vi känner.  Läs mer om denna teori här. 


Själv är jag tveksam till teorin (anser den onödig i förklaringssyfte av verkligheten). Jag anser att mycket lite antimateria skapades vid ett eventuellt BigBang, Det som skapades utplånades nästan allt mycket tidigt genom kollision med vanlig materia. Då (enligt mig) materia skapades i en kedjereaktion vid BigBang blev all (nästan) materia av det slag vi är uppbyggda av och animalien antimateria uppstod spontant som vi kan kalla en mutation i mycket liten upplaga. En upplaga som nästan omedelbart utplånades, Men vår verklighet kunde lika väl skapats som en antimateria-verklighet båda slagen av materia är lika hållfasta bara de slipper möta sin motsats.



Bild från Vikipedia på Nobelpristagare Peter Higgs i Stockholm, december 2013 vars namn blev namnet på Higgspartiklar.

Antimateria vet vi finns men nu har en ny partikel förvånat forskarna änglapartikeln är funnen.

Antimateria finns. Att den inte är vanligare är förvånande. Men kanske finns galaxer uppbyggda av antimateria.

Alla partiklar verkade ha sin antipartikel. Uppbyggd av atomer där vår materia är uppbyggd spegelvänd och kallas då antimateria. Där den elektron är positivt laddad istället för som  den elektron vår värld är uppbyggd av negativt laddad. Där positronen är negativt laddad till skillnad från vår materias positivt laddad. Mötet mellan dessa atomers motsatser innebär omedelbar utplåning av båda.

Men det finns en kvasipartikel uppkommen ur elektroners kollektiva beteende. Dessa partiklar är både materia och antimateria samtidigt och kan ses som vandrande bomber.

Man kan se dem som bubblor i en drink de uppstår och finns. Men är likväl inte helt som en partikel i sin konsertens.

Förslagsvis har namnet på dessa partiklar bland en del forskare blivit  änglapartikel. Läs mer om dessa partiklar vilka inte helt är partiklar utan något annat frågan är vad här.

Antimateria och materia borde blivit likställt vid universums tillblivelse. Men det finns brist på antimateria. VARFÖR?

Skillnaden mellan antimateria och materia är att elektroner och protoner är spegelvänt elektriskt laddade och därmed inte tål varandra utan vid kontakt utplånar varandra. 

Vad som förvånar är att det inte skapades lika mycket antimateria som materia vid Big Bang. Vi kunde lika gärna varit uppbyggda av antimateria som materia då den är lika stabil om inte materia krockar med den.

Många trodde ett tag att det skulle finnas galaxer av antimateria men idag är denna teori nästan helt borta. Men frågan om varför antimateria och materia inte blev lika vanligt kvarstår.

Kanske skulle Big Bang resulterat i en explosion som snabbt imploderade om det blivit lika mycket. Alla partiklar av materia skulle krockat med antimateria och inget universum av partiklar kunde då ha uppstått. Istället skulle det varit ett universum enbart av strålning.

Men så var blev det inte. Det hade varit enklare att utarbeta en teori om det funnits bara ett slag av materia. Men nu har forskare arbetat fram en möjlig lösning på problemet.

Det är vid Cern detta gjorts. D-mesoner är svaret. En partikel bestående av en kvark och en antikvark. Det är dessa som bygger upp protoner och neutroner. De finns av tre slag, upp, ner, konstig, charm, botten och top.

Intresset ligger på kvarken charm. Denna oscillerar mellan att vara en anti-och vanlig partikel. Vanligast är att den skiftar till att bli en vanlig partikel.

Men frågan blir då varför? Svaret kan och är troligen att det finns någon ytterligare partikel idag okänd som får materia att skapas i betydligt större mängd än antimateria.

Hade det inte blivit så utan lika mycket av varje slag skapats skulle vi haft ett universum av strålning men helt utan någon form av partiklar då de om de skapats lika många vid BigBang lika fort upphört att finnas till. Nobelpriset kan bli följden för den som finner den troligt saknade partikel för att förklara ovanstående händelsekedja när en gång BigBang skedde utanför tid och rum.

Skillnaden mellan antimateria och materia är större än vi hittills vetat

Att elektronen i materia är minus och protonen plus likväl som antimateria har pluselektroner  och  minus protoner vet vi. Aldrig kan de mötas utan att dessa motsatser utplånar varandra. Det vet vi.

Att det kan finnas galaxer av antimateria liksom det finns galaxer likt vår vintergata av materia vet vi.

Men nu har en skillnad till upptäckts mellan dessa materietillstånd.

Baryoner är även en produkt bestående av tre kvarkar vilka även är en del av allts uppbyggnad. Även av dessa är det skillnader mellan antimateria och materia. Men redan 1964 upptäcktes även skillnader mellan kaoner vilka tillhör familjer mesoner.

Att här gå in på de skillnader utöver elektriska laddningar i atomerna som finns mellan materia och antimateria är svårt. Men för den intresserade finns en kortfattat artikel att fundera över och studera här.

Ljusspektrum av antimateria upptäckt för första gången

Vid ett projekt på Cern kallat Alpha har det nyligen gjorts en stor upptäckt. En antimateriaatom av väte har studerats och en spektrallinje funnits av denna atom.

I tjugo år har det studerats antimateria för att försöka få veta om antimateria följer samma naturlagar som den materia vi känner till.

Då väte är den enklast uppbyggda atomen ser man den som enklast att börja studera. resultaten hittills visar att antimateria och materia följer samma naturlagar.

Men precisionen av mätningar ska bli än bättre i framtiden för att fortsätta mätningar etc för att säkert veta om så är fallet. Men hittills visar resultaten att allt följer samma naturlagar inga överraskningar här.

Det bildades både materia och antimateria den gång Big Bang uppkom. Kan mörk materia vara något ursprunget av krockar mellan dessa materiaslag?

Big Bang ska ha varit början på allt. Vad som hände innan diskuteras för fullt. I födelseögonblicket av allt bildades det som skulle bli vår materia, mörk materia men även antimateria. Och allt hölls samman av energi medan mörk energi försökte sönderdela allt igen.

Om den mörka materian även finns i två slags materia vet ingen och har mig veterligen inte diskuterats.

Men det bildades lika mycket antimateria som materia den gången. Antimateria är en spegelbild av materian. Den är uppbyggd på samma vis men de elektriska laddningarna i atomen är de motsatta mot i materian.

Var blev då antimaterian av? Vid krock med vår vanliga materia skulle båda slagen utplånats det är därför ingen förklaring på vart den försvann. Kan den varit så instabil att den utplånade sig själv? Kanske men då har vi ännu inte förstått hur allt fungerar.

En annan inte helt omöjlig förklaring är att den finns därute i form av galaxer uppbyggda av detta.

Kan ex halva universum vara byggt upp av antimateria och den andra hälften vilken vi befinner oss i vara materia som vi känner den?

Kanske till och med halva vintergatan är av antimateria. Men troligast är om ovan stämmer att antimaterian finns i vissa  galaxer och materia i vissa utan uppblandning i en viss galax.

Däremot kan det hypotetiskt finnas en del asteroider av antimateria lite varstans.

Men även detta är lite science fiction. Omöjligt är det inte men för min del tror jag mer på att antimaterian utplånade sig själv eller gick upp i en annan stadieklass vid krock med materia och blev till mörk materia alternativt försvann i tomma intet likt allt en gång började ur tomma intet.

Åska är ännu ett mysterium. Kan antimateria bildas i dessa oväder och energin i blixten ha ursprung i antimateriaförstörelse.

Nyligen har forskare förundrats över att det kan bildas antimateria i åskoväder. Ännu vet vi inte mycket om vad som sker i åskoväder. Nya rön kommer ibland som överraskar.

Den otroliga energi som bildas eller släpps lös kan även vara antimateria enligt aktuell forskning.

Då anser jag frågan om mörk materia och energi kan ha ett finger med i detta.

Kan det vara så att detta får antimateriabildning och uppbyggande av energi att bildas och förstöras i ett åskväder och ge den otroliga energiurladdning åska ger?

Kanske frågan är berättigad men mer forskning behövs och ännu har inte forskare börjat se mörk energi och materia som en faktor för åskans urladdning och bildande av energi. Men jag tror det kommer.