Antipartikler, antistof og antigalakser - rumrejsen år 2001



                                                        En af fronterne i den moderne forskning omhandler de såkaldte antipartikler -
                                                        'partnere' til de kendte partikler. Hvorfor er de her, hvad kan de bruges til og
                                                        hvordan laver man dem? I foredraget som tilbydes i forbindelse med IFAs
                                                      besøgsordning kommer vi ind på emner som relativitetsteori, Big Bang,
                                                        astronomi, elementarpartikler og atomfysik og vi diskuterer de fremtidige
                                                        perspektiver af antistof.
 

Hvad er antistof?


I fysikken kan man karakterisere antistof således:
Alle de kendte elementarpartikler har en tilhørende antipartikel med modsat ladning og magnetisk moment, men iøvrigt fuldstændig identisk. Hvis en partikel og en antipartikel mødes vil de 'annihilere', dvs. omdannes til ren energi i form af lyspartikler. Omvendt kan man producere partikler og antipartikler i par. To eksempler er elektronens partner, antielektronen eller positronen som man kalder den og antiprotonen, modpolen til brintkernen eller protonen. Der er således med antipartikler tale om en slags spejling af partiklernes egenskaber, en spejling som endnu ikke er kendt til bunds, men som er genstand for intens forskning.
Positronen blev fundet i 1932, antiprotonen i 1956 og begge blev postuleret teoretiskt i 1929.
Idag benyttes positronen i vid udstrækning til undersøgelser af materialer eller til de såkaldte PET-scans i medicinsk forskning. I lægevidenskaben opererer man også med begrebet 'antistof', men i en helt anden forbindelsen, nemlig når der tales om immunforsvaret o.l.
 

Helt fra begyndelsen



Ifølge den indenfor fysikken accepterede teori om Universets skabelse, 'the Big Bang', var der fra altings begyndelse lige mange partikler og antipartikler. Imidlertid ser vi idag meget få tegn på antipartikler når vi observerer såvel vores egen galakse, Mælkevejen, som når vi retter blikket længere ud mod fjerne stjernehobe. Et enkelt eksempel på en 'antipartikelsky' blev fundet i 1997 hvor astronomer ved brug af 'the Compton Gamma Ray Observatory' fandt spor fra annihilationen mellem positroner og elektroner samlet i en tåge med en tilhørende 'fontæne'.
 

Kosmiske partikler



Jorden bliver løbende bombarderet med meget energirige elementarpartikler, hovedsageligt protoner, men også fotoner eller gamma-kvanter med en energi på op til 1020 eV. Når disse partikler rammer et atom i atmosfæren dannes der feks. pioner (p0, p+eller p-) ved en kernereaktion. Disse pioner henfalder og kan danne myoner (som igen kan henfalde til den lettere elektron under udsendelse af to neutrinoer) eller partikel-antipartikel-par. Der er således løbende en strøm af partikler, antipartikler og neutrinoer der er rettet mod Jordens overflade. Derudover gennemløbes vi konstant af omkring 1011 neutrinoer per sekund der stammer fra Solen.
 

Baggrundsstråling


Billedet her til venstre viser variationer i 'mikrobølgebaggrundsstrålingen' optaget af den såkaldte COBE, Cosmic Background Explorer. Denne stråling afkoblede fra partiklerne og de få antipartikler der var tilbage da Universet var omkring 300.000 år gammelt. En stor del af denne stråling stammer fra annihilationerne af partikler og antipartikler som fandt sted i tiden omkring 0.00001 sekund efter altings begyndelse. Eftersom vi ved at knibe os selv i armen kan forvisse os om at vi består af partikler og ikke antipartikler må der altså allerede på daværende (!) tidspunkt have været flere partikler end antipartikler. Vi ved også HVOR mange flere idet mængden af partikler er omkring 5*10-10 af mængden af lyspartikler i Universet. Med andre ord: For hver 1.000.000.000 antipartikler var der 1.000.000.001 partikler og disse (yderst heldige kan vi sige) 'efterladenskaber' er blevet tilovers for at danne galakserne, stjernerne, planeterne og Web-surferne. Du kan læse mere om denne del af fysikken - kosmologien - her.
Mælkevejen - et 'nærliggende' eksempel på en galakse: 
 

Andre links til antistof (på engelsk)

ATHENA - et eksperiment på CERN til undersøgelsen af antibrint
Antihydrogen - a new energy source?
En anden antistofside
What is antimatter?

Til sidst en tak til NASA, CERN og APS for at have lavet størstedelen af de her viste billeder.
Lidt mere om mine forskningsinteresser.

Ulrik I. Uggerhøj, siden er senest opdateret 18.01.01