الهيدروجين المضاد
 | |||||||||
|
الهيدروجين المضاد هو المادة المضادة المقابلة ل الهيدروجين. في حين أن ذرة الهيدروجين العادية تتكون من إلكترون وبروتون، في حين تتكون ذرة الهيدروجين المضاد من بوزيترون و البروتون المضاد.
الرمز القياسي للهيدروجين المضاد هو H وهذا هو هيدروجين مع an overbar (تـُنطـَق /ˌeɪtʃ ˈbɑr/ aitch-bar).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
الخواص
وفقا ل نظرية CPT لفيزياء الجسيمات ، فإن ذرات الهيدروجين المضاد ينبغي لها العديد من الخصائص التى تشترك مع ذرات الهيدروجين العادية ، أي أنها يجب أن يكون لها نفس االكتلة ، ونفس اللحظة المغناطيسية ، والترددات التي تمر بمرحلة انتقالية (انظر الطيف الذري) بين حالاتها الكمية . فعلى سبيل المثال ، من المتوقع أن ذرات الهيدروجين المضاد ستتوهج بنفس اللون مثل ذرات الهيدروجين العادية. وينبغي أن تكون ذرات الهيدروجين المضاد تنجذب الى مادة أخرى أو المادة المضادة للجاذبية مع قوة بنفس القدر , كذرات الهيدروجين العادى,وهذا لن يكون صحيحا إذا كانت المادة المضادة تمتلك قوى جاذبة سالبة , وهو الذي يعتبر من المستبعد جدا ، ولكن ليس بعد مردود تجريبيا.
عندما تتلامس ذرات الهيدروجين المضادة مع ذرات المادة العادية ، فإن مكوناتهم تدمر بسرعة. والبوزيترون ، وهو يعد من الجسيمات الأولية ، يقضي على الالكترونات في المادة العادية والشامل لبقية البوزيترونات ويتم تحرير شريكها كمصدر من مصادر الطاقة في شكل إشعاعات جاما .
ومن جانب آخر يعد الأنتى بروتون مكونا من antiquarks التى تتحد مع quarks في أى من النيوترونات أو البروتونات في المادة العادية ونتائج الإبادة في الجسيمات العالية , تنتج الطاقة المسماة بيون وهذه البيونات بدورها تتحلل بسرعة إلى جزئيات أخرى تدعى ميونات و نيوتريونات و بوزيترونات و إليكترونات , وهذه الجسيمات تبدد بسرعة إذا كانت ذرات الهيدروجين المضاد لا بد من إحتلالها مساحة حرة ، ومع ذلك ، ينبغي أن تبقى على قيد الحياة إلى أجل غير مسمى.
الإنتاج
في عام 1995 ، تم إنتاج الهيدروجين المضاد لأول مرة الذى قام بها فريق من الباحثين تحت قيادة والتر أويليرت في مختبر سيرن في جنيف [1] وتمت التجربة في LEAR, حيث أنتج البروتون المضاد ، في مسرع الجسيمات ، وقد أطلق على كتلة زينون كتلة (فيزياء).[2] عندما يقترب البروتون المضاد من نواة زينون ، يمكن أن تنتج زوج الإلكترون - بوزيترون ، ومع بعض الاحتمالات فإن البوزيترون سوف يتم وقوعه في قبضة البروتون المضاد لتكوين الهيدروجين المضاد. وكان احتمال إنتاج الهيدروجين المضاد من واحد فقط من البروتون المضاد 10−19, و يتضح أن هذا الأسلوب غير مناسب تماما لإنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين المضاد ، كما أظهرت الحسابات التفصيلية من قبل .[3] >
وكانت التجارب التي تتم في سيرن في وقت لاحق ،, وفى عام 1997, تم إعادتها في معمل فيرمى في الولايات المتحدة حيث نوعا ما مقطع عرضي مختلفا لتلك العملية قد حدد وتم التعرف عليه.[4] كلتا التجربتين أسفرتا عن ذرات الهيدروجين المضاد نشطة للغاية ،وحارة ، والتي كانت غير صالحة للدراسة مفصلة. وفي وقت لاحق قام سيرن ببناء مبطئ البروتون المضاد من أجل دعم الجهود الرامية إلى خلق الطاقة المنخفضة للهيدروجين المضاد التي يمكن استخدامها في إختبارات التماثلات الأساسية .
الهيدروجين المضاد منخفض الطاقة
وفى التجارب التى أنجزت بواسطة ATRAP و ATHENA بالتعاون مع سيرن , فإن بوزيترونات من الصوديوم المشع المصدر والبروتون المضاد يتم مزجهم معا في فخ بيننج, حيث يحدث التخليق بمعدل نموذجي 100 من ذرات الهيدروجين المضاد في الثانية . و قدأنتج أول هيدروجين مضاد بواسطة ATHENA[5] وبعد ذلك بواسطةATRAP[6] في عام 2002 ، وبحلول عام 2004 كانت الملايين من ذرات الهيدروجين المضاد قد أنتجت بهذه الطريقة.إن ذرات الهيدروجين المضاد المنخفضة الطاقة المصنعة حتى الآن كان لها درجات حرارة عالية نسبيا (بضعة آلاف من درجات كيلفن) ، وبالتالي تضرب جدران جهاز التجارب كنتيجة لذلك .و تمت تجربة جديدة, ALPHA , خلفا لل ATHENA collaboration,بالإضافة إلىATRAP المذكورة أعلاه, تسعى للحصول على صنع الهيدروجين المضاد بطاقة حركية منخفضة بما فيه الكفاية بحيث تكون قاصرة مغناطيسيا .[7]
أغلب الإختبارات الدقيقة لخواص الهيدروجين المضاد , يمكن فقط إنجازها إذا أمكن إصطياد الهيدروجين المضاد بمعنى أنه ; أى يحتفظ به في مكانه لمدة طويلة. وبينما تكون ذرات الهيدروجين المضاد محايدة كهربائيا , فإن دورانهم ينتج لحظة مغناطيسية. وتلك اللحظات المغناطيسية تتفاعل مع مجال مغناطيسى غير متجانس; وسوف تنجذب بعض ذرات الهيدروجين المضاد إلى أدنى حد ممكن من المغناطيسية. يمكن إنشاء مثل هذا الحد الأدنى عن طريق الجمع بين المرآة وحقول متعددة الأقطاب.[8] أعلنت التعاون ألفا في تشرين الثاني / نوفمبر 2010 ، أنها قد حاصروا 38 من ذرات الهيدروجين المضاد لنحو سدس جزء من الثانية ، ويمكن للهيدروجين المضاد المحاصر في الحد الأدنى من هذا القبيل المغناطيسي (الحد الأدنى للب) فخ .[9] وكانت هذه هي المرة الأولى التي تم فيهامحاصرة المادة المضادة المحايد
وكان أكبر عامل يحد من انتاج المادة المضادة على نطاق واسع هو توافر البروتون المضاد. والبيانات الأخيرة الصادرة عن سيرن تنص على أنه كلما عملت بكامل طاقتها, فإن أجهزتها قادرة على إنتاج , 107 البروتون المضاد على مدار الدقيقة .[10] على افتراض تحويل 100 ٪ من البروتون المضاد إلى الهيدروجين المضاد ، ان الامر سيستغرق 100 مليار سنة لانتاج 1 جرام أو 1 جزىء من الهيدروجين المضاد (تقريبا 6.02×1023 ذرات الهيدروجين المضاد). ذرات المادة المضادة مثلالديوتيريوم المضاد ( D), الديوتيريوم المضاد ( T), و الهيليوم الضاد ( He) هي أكثر صعوبة لانتاج الهيدروجين المضاد . ومن بين هذه ونوى antideuterium نويات أنتى-هيليوم3 (3He) قد أنتجت حتى الآن وهذه لديها مثل تلك السرعات العالية جدا اللازمة لتخليق ذرات أنتى-ديوتيريوم قد تكون لا تزال لديها عقودا عديدة في المستقبل.
أنظر أيضا
المراجع
- ^ Freedman, David H. "Antiatoms: Here Today . . ". Discover Magazine.
- ^ G.Baur, G.Boero, S.Brauksiepe, A.Buzzo, W.Eyrich, R.Geyer, D.Grzonka, J.Hauffe, K.Kilian, M.LoVetere, M. MacriM.Moosburger, R.Nellen, W. Oelert, S.Passaggio, A.Pozzo, K.Röhrich, K.Sachs, G.Scheppers, T.Sefzick, R.S.Simon, R.Stratmann, F.Stinzing, M.Wolke (1996). "Production of Antihydrogen". Physics Letters B. 368: 251ff.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ^ A. Aste (1993). "Electromagnetic Pair Production with Capture". Physical Review A: Atomic, Molecular and Optical Physics. 50: 3980ff.
{{cite journal}}: Unknown parameter|coauthors=ignored (|author=suggested) (help) - ^ Blanford, G. (December 1997). "Observation of Atomic Antihydrogen". Physical Review Letters. Fermi National Accelerator Laboratory.
FERMILAB-Pub-97/398-E E862 ... p and H experiments
{{cite journal}}: Unknown parameter|coauthors=ignored (|author=suggested) (help) - ^ M. Amoretti, C. Amsler, G. Bonomi, A. Bouchta, P. Bowe, C. Carraro, C. L. Cesar, M. Charlton, M. J. T. Collier, M. Doser, V. Filippini, K. S. Fine, A. Fontana, M. C. Fujiwara, R. Funakoshi, P. Genova, J. S. Hangst, R. S. Hayano, M. H. Holzscheiter, L. V. Jørgensen, V. Lagomarsino, R. Landua, D. Lindelöf, E. Lodi Rizzini, M. Macri, N. Madsen, G. Manuzio, M. Marchesotti, P. Montagna, H. Pruys, C. Regenfus, P. Riedler, J. Rochet, A. Rotondi, G. Rouleau, G. Testera, A. Variola, T. L. Watson and D. P. van der Werf (2002). "Production and detection of cold antihydrogen atoms". Nature. 419 (6906): 456ff. doi:10.1038/nature01096. PMID 12368849.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ^ Gabrielse, G. (2 DECEMBER 2002). "Driven Production of Cold Antihydrogen and the First Measured Distribution of Antihydrogen States". Ph Ysica L R Ev I Ew L et T Ers. 89 (23): 233401. doi:10.1103/PhysRevLett.89.233401.
antihydrogen (H)
{{cite journal}}: Check date values in:|date=(help); Unknown parameter|coauthors=ignored (|author=suggested) (help) - ^ N. Madsen (2010). "Cold antihydrogen: a new frontier in fundamental physics". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Physical, Mathematical and Engineering Sciences. 368 (1924): 1924ff. doi:10.1098/rsta.2010.0026. PMID 20603376.
- ^ D. E. Pritchard (1983). "Cooling neutral atoms in a magnetic trap for precision spectroscopy". Physical Review Letters. 51: 1983.
- ^
Andresen; et al. (2010). "Trapped antihydrogen". Nature. doi:10.1038/nature09610.
{{cite journal}}: Explicit use of et al. in:|author=(help) - ^ N. Madsen (2010). "Cold antihydrogen: a new frontier in fundamental physics". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 368 (1924): 1924ff. doi:10.1098/rsta.2010.0026. PMID 20603376.