Википедија

Antiproton

Antiroton (, izgovara se pe sa crtom) je antičestica protona. Antiproton je stabilna čestica ali u zemaljskim uslovima je kratkog života jer u sudaru sa protonom dolazi od anihilacije čestica uz oslobađanje ogromne energije. Pronašli su ga 1955. godine Emilio Segre i Oven Čemberlen za šta su podelili Nobelovu nagradu za fiziku 1959.

Antiproton
Sadržaj kvarka u antiprotonu.
KlasifikacijaAntibarion
Kompozicija2 gornja antikvarka, 1 donji antikvark
StatistikeFermionske
InterakcijeJaka, slaba, elektromagnetna, gravitacija
StatusOtkriven
Simbolp
AntičesticaProton
OtkrivenEmilio Segre & Oven Čejmberlen (1955)
Masa938,2720813(58) MeV/c2 [1]
Naelektrisanje−1 e
Magnetni moment−2,7928473441(42) μN [2]
Spin​1⁄2
Izospin​-1⁄2

Za nastanak antiprotona potrebna je ogromna energija ekvivalentna temperaturi od 1013 K, i osim Velikog praska, to se u prirodi ne dešava spontano. Međutim, u CERN-u, antiprotoni se proizvode tako što se iridijumska meta bombarduje protonima ubrzanim u protonskom sinhrotronu do energija od 26 GeV. Energija takvog jednog sudara dovoljna je da se stvori antiproton čija energija mase mirovanja iznosi oko 1 GeV (E=mc²). U takvom jednosm sudaru stvara se ogroman broj različitih čestica a antiprotoni se izdvajaju magnetskim poljem u vakuumu. Sredinom juna 2006. u CERNU je izmerena masa antiprotona koja je 1836,153674 veća od mase elektrona, sa neizvesnošću od +/- 5 jedinica na šestoj decimali. U granicama greške ta je masa jednaka masi 'običnog' protona.

Postojanje antiprotona sa -1 električnim nabojem, suprotno od +1 električnog naelektrisanja protona, predvideo je Pol Dirak u svom predavanju pri dodeli Nobelove nagrade 1933. godine.[3] Dirak je dobio Nobelovu nagradu za objavljivanje svoje Dirakove jednačine iz 1928. godine koja je predvidela postojanje pozitivnih i negativnih rešenja Ajnštajnove energetske jednačine () i postojanje pozitrona, analoga elektrona antimaterije, sa suprotnim naelektrisanjem i spinom.

Antiproton su prvi eksperimentalno potvrdili 1955. godine u akceleratoru čestica Bevatron fizičari sa Univerziteta Kalifornije u Berkliju Emilio Segre i Oven Čejmberlen, za šta su 1959. dobili Nobelovu nagradu za fiziku.

Što se tiče valentnih kvarkova, antiproton se sastoji od dva gornja antikvarka i jednog donjeg antikvarka (uud). Sve osobine antiprotona koje su merene odgovaraju korespondirajućim svojstvima protona, sa izuzetkom da antiproton ima električni naboj i magnetni moment koji su suprotni onima u protonu. Pitanja o tome kako se materija razlikuje od antimaterije, kao i važnost antimaterije u objašnjavanju kako je naš univerzum preživeo Veliki prasak, ostaju otvoreni problemi. Oni su delom otvoreni zbog relativne nestašice antimaterije u današnjem univerzumu.

Pojava u prirodi uredi

Antiprotoni su detektovani u kosmičkim zracima pre više od 25 godina, prvo pomoću instrumenata nošenih balonima a kasnije pomoću detektora na satelitima. Smatra se da antiprotoni u kosmičkim zracima potiču iz sudara kosmičkih protona ogromne energije sa atomskim jezgrima međuzvezdane sredine prema reakciji:

 

Sekundarni antoriotoni ( ) dalje se kreću kroz galaskiju usmereni galaktičkim magentnim poljem. Njihov energijski spektar određen je sudarima sa ostalim atomima međuzvezdane sredine a, pored anihilacije sa protonima, iz galaksije mogu da se izgube 'curenjem'.

Energetski spektar antiprotonskih kosmičkih zraka sada se pouzdano meri i u skladu je sa ovom standardnom slikom proizvodnje antiprotona sudarima kosmičkih zraka.[4] Ova eksperimentalna merenja postavljaju gornje granice za broj antiprotona koji se mogu proizvesti na egzotične načine, kao što je anihilacija supersimetričnih čestica tamne materije u galaksiji ili Hokingovo zračenje izazvano isparavanjem primordijalnih crnih rupa. Ovo takođe obezbeđuje donju granicu životnog veka antiprotona od oko 1-10 miliona godina. Pošto je galaktičko vreme skladištenja antiprotona oko 10 miliona godina, životni vek unutrašnjeg raspada bi modifikovao vreme galaktičkog boravka i izobličio spektar antiprotona kosmičkih zraka. Ovo je znatno strožije od najboljih laboratorijskih merenja životnog veka antiprotona:

CPT simetrija predviđa da će veličina svojstava antiprotona biti tačno povezana sa svojstvima protona. Konkretno, CPT simetrija predviđa da masa i životni vek antiprotona budu isti kao i oni za proton, a električni naboj i magnetni moment antiprotona da budu suprotni po predznaku i jednaki po veličini onima protona. CPT simetrija je osnovna posledica kvantne teorije polja i nikada nije otkriveno njeno kršenje.

Spisak nedavnih eksperimenata za detekciju antiprotona iz kosmičkih zaraka uredi

  • BESS: eksperimenti nošeni balonima, u letovima 1993., 1995., i 1997.
  • CAPRICE: eksperiment nošen balonom, 1994.[7]
  • HEAT: balonom nošen eksperiment u letu iz 2000.
  • AMS: Alfa magnetni spektrometar, eksperiment iz svemira, protip leteo svemirskim šatlom 1998, namenjen Međunarodnoj orbitalnoj stanici ali još nije lansiran.
  • PAMELA: Satelitski eksperiment za detekciju kosmičkih zraka i antimaterije iz svemira, lansiran juna 2006.[8]

Savremeni eksperimenti i primene uredi

 
Antiprotonski akumulator (u sredini) u Fermilabu[9]

Produkcija uredi

Antiprotoni se rutinski proizvode u Fermilabu u eksperimentima na Tevatronu gde se sudaraju sa protonima. Sudaranjem antiprotona sa protonom postiže se veća energija u sudaru kvarkova i antikvarkova nego u sudaru protona sa protonom. To je zato što valentni kvarkovi u protonu, a valentni antikvarkovi u antiprotonu, teže da nose najveći deo momenta protona ili antiprotona.

Formiranje antiprotona zahteva energiju koja je ekvivalentna temperaturi od 10 triliona K (1013 K), a to se ne dešava prirodno. Međutim, u CERN-u, protoni se ubrzavaju u protonskom sinhrotronu do energije od 26 GeV, a zatim se razbijaju u iridijumski štap. Protoni se odbijaju od jezgara iridijuma sa dovoljno energije da se stvori materija. Formira se niz čestica i antičestica, a antiprotoni se odvajaju pomoću magneta u vakuumu.

Merenja uredi

U julu 2011, eksperiment ASACUSA u CERN-u je utvrdio da je masa antiprotona 1836,1526736(23) puta veća od mase elektrona.[10] Ovo je isto kao i masa protona, unutar nivoa sigurnosti eksperimenta.

U oktobru 2017. godine, naučnici koji rade na eksperimentu BASE u CERN-u izvestili su o merenju antiprotonskog magnetnog momenta sa preciznošću od 1,5 delova na milijardu.[11][12] To je u skladu sa najpreciznijim merenjem magnetnog momenta protona (takođe napravljenim od strane BASE 2014. godine), što podržava hipotezu o CPT simetriji. Ovo merenje predstavlja prvi slučaj da je neko svojstvo antimaterije poznato preciznije od ekvivalentnog svojstva materije.

Moguće primene uredi

U laboratorijskim eksperimentima je pokazano da antiprotoni imaju potencijal za lečenje određenih karcinoma, sličnim metodom koji se trenutno koristi za jonsku (protonsku) terapiju.[13] Primarna razlika između antiprotonske terapije i protonske terapije je u tome što nakon deponovanja jonske energije antiproton anihilira, deponujući dodatnu energiju u kancerogenom regionu.

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ Mohr, P.J.; Taylor, B.N. and Newell, D.B. (2015), "The 2014 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants", National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, US.
  2. ^ Smorra, C.; Sellner, S.; Borchert, M. J.; Harrington, J. A.; Higuchi, T.; Nagahama, H.; Tanaka, T.; Mooser, A.; Schneider, G.; Bohman, M.; Blaum, K.; Matsuda, Y.; Ospelkaus, C.; Quint, W.; Walz, J.; Yamazaki, Y.; Ulmer, S. (2017). „A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment” (PDF). Nature. 550 (7676): 371—374. Bibcode:2017Natur.550..371S. PMID 29052625. S2CID 205260736. doi:10.1038/nature24048  . 
  3. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). „Theory of electrons and positrons” (PDF). 
  4. ^ Kennedy, Dallas C. (2000). „Cosmic Ray Antiprotons”. Proc. SPIE. Gamma-Ray and Cosmic-Ray Detectors, Techniques, and Missions. 2806: 113—120. S2CID 16664737. arXiv:astro-ph/0003485  . doi:10.1117/12.253971. 
  5. ^ Caso, C.; et al. (1998). „Particle Data Group” (PDF). European Physical Journal C. 3 (1–4): 1—783. Bibcode:1998EPJC....3....1P. CiteSeerX 10.1.1.1017.4419  . S2CID 195314526. doi:10.1007/s10052-998-0104-x. Arhivirano iz originala (PDF) 16. 07. 2011. g. Pristupljeno 05. 12. 2021. 
  6. ^ Sellner, S.; et al. (2017). „Improved limit on the directly measured antiproton lifetime”. New Journal of Physics. 19 (8): 083023. Bibcode:2017NJPh...19h3023S. doi:10.1088/1367-2630/aa7e73  . 
  7. ^ „Caprice Experiment[[Kategorija:Botovski naslovi]]”. Arhivirano iz originala 03. 03. 2016. g. Pristupljeno 28. 10. 2006.  Sukob URL—vikiveza (pomoć)
  8. ^ Adriani, O.; Barbarino, G. C.; Bazilevskaya, G. A.; Bellotti, R.; Boezio, M.; Bogomolov, E. A.; Bongi, M.; Bonvicini, V.; Borisov, S.; Bottai, S.; Bruno, A.; Cafagna, F.; Campana, D.; Carbone, R.; Carlson, P.; Casolino, M.; Castellini, G.; Consiglio, L.; De Pascale, M. P.; De Santis, C.; De Simone, N.; Di Felice, V.; Galper, A. M.; Gillard, W.; Grishantseva, L.; Jerse, G.; Karelin, A. V.; Kheymits, M. D.; Koldashov, S. V.; et al. (2011). „The Discovery of Geomagnetically Trapped Cosmic-Ray Antiprotons”. The Astrophysical Journal Letters. 737 (2): L29. Bibcode:2011ApJ...737L..29A. arXiv:1107.4882  . doi:10.1088/2041-8205/737/2/L29. 
  9. ^ Nagaslaev, V. (17. 5. 2007). Antiproton Production at Fermilab (PDF). Pristupljeno 14. 8. 2015. 
  10. ^ Hori, M.; Sótér, Anna; Barna, Daniel; Dax, Andreas; Hayano, Ryugo; Friedreich, Susanne; Juhász, Bertalan; Pask, Thomas; et al. (2011). „Two-photon laser spectroscopy of antiprotonic helium and the antiproton-to-electron mass ratio”. Nature. 475 (7357): 484—8. PMID 21796208. S2CID 4376768. arXiv:1304.4330  . doi:10.1038/nature10260. 
  11. ^ Adamson, Allan (19. 10. 2017). „Universe Should Not Actually Exist: Big Bang Produced Equal Amounts Of Matter And Antimatter”. TechTimes.com. Pristupljeno 26. 10. 2017. 
  12. ^ Smorra C.; et al. (20. 10. 2017). „A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment” (PDF). Nature. 550 (7676): 371—374. Bibcode:2017Natur.550..371S. PMID 29052625. S2CID 205260736. doi:10.1038/nature24048  . 
  13. ^ „Antiproton portable traps and medical applications” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) 2011-08-22. g. 

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi

 
Antiproton na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Антипротон&oldid=25911981”