Mer om antimateria: atomer och explosioner

Jag har visst blivit lite dålig på att följa upp på vad jag påbörjar här. Nu kommer i alla fall del två av min lilla miniserie om antimateria. Del 1: Antimateria i verkligheten.

00079.dng

Så här ser antimateria bara ut på film.

Det mest spektakulära med antimateria är förstås att den förintas när den kommer i kontakt med vanlig materia. Processen kallas på fackspråk för annihilation. Hela massan hos den förintade partikeln och antipartikeln omvandlas då till strålning, ”ren energi” som det lite flummigt brukar heta.

Strålningen ser lite olika ut beroende på vilken antipartikel som var involverad. Om det är en positron och en elektron som annihilerar blir resultatet två fotoner (ljuspartiklar), vardera med en energi som motsvarar elektronens massa enligt världens mest kända ekvation: E=mc². En antiproton annihilerar på ett mer invecklat vis, ofta till en uppsättning partiklar som kallas pioner.

När man producerar och hanterar antimateria måste man alltså se till att ha bra vakuum, för varenda luftmolekyl som är i vägen bidrar till att förstöra experimentet.

2002 fick ATHENA-experimentet vid CERN, det stora acceleratorlaboratoriet i Geneve, stor uppmärksamhet när man meddelade att man lyckats producera stora mängder kallt antiväte, alltså antiatomer av väte med låga hastigheter. CERN har en lång historia av experiment med antiprotoner, och sedan 70-talet har man även producerat tyngre antiatomkärnor. Vill man kombinera dem med positroner till neutrala antiatomer är problemet att partiklarna produceras vid höga energier och därför rör sig så fort att de inte kan bindas till varandra.

Man kan kyla dem till exempel genom att låta dem passera genom en bit aluminium. Om den är lagom tjock kommer många antiprotoner att hinna passera igenom den utan att annihileras. Atomer består mest av tomrum, och en antipartikel måste passera genom många atomer för att det ska bli stor sannolikhet att den faktiskt kolliderar med en partikel. Däremot är atomer fulla av elektriska fält som antiprotonen kan växelverka med och så tappa rörelseenergi.

Antiprotoner som rör sig långsamt kombineras sedan med positroner i ett magnetfält som ser till att hålla partiklarna borta från apparatens väggar. De växelverkar där med varandras fält och tappar ännu mer energi, ända tills de är svala nog att kombinera till atomer. Antiatomerna har ju ingen nettoladdning, och därför hålls de inte instängda av magnetfältet längre utan läcker ut och annihileras så fort de stöter på en vanlig atom. Resterna från annihilationen fångas upp i detektorer, och det är så man ser att man producerat antiatomer. När man väl har observerat dem finns de inte längre.

Tekniken att fånga upp och lagra antiatomerna finns ännu inte, men håller på att utvecklas. En väteatom är visserligen elektriskt neutral, men den har ett magnetiskt moment som man kan använda för att hålla den i ett magnetfält. På något sätt måste man då få ut atomerna ur den magnetiska fälla som är avpassad för laddade partiklar och in i en av en typ som passar atomer. Om några år kan man nog klara det också.

Energi

För att nu knyta tillbaka till Dan Brown (och den där filmen det varit så mycket tal om — Angels and Demons alltså, byggd på hans bok) tänkte jag diskutera det där med antimateria som energikälla.

När vi nu kan tillverka antimateria och kanske snart till och med hantera och lagra antiatomer är det nära till hands att fråga sig om man inte kan använda det till en massa häftiga saker. Annihilation av antimateria är ju ett sätt att få ut all energi som är bunden i massa — kan inte antimateria fungera som en sorts väldigt effektivt och kompakt ”bränsle”?

Haken med detta är att vi inte har någon naturlig källa till större mängder antimateria. Positroner sänds ut i vissa typer av radioaktivt sönderfall, men att fånga upp dem för att utvinna energin i deras massa lönar sig sämre än andra sätt att använda de radioaktiva ämnena. Antipartiklar av många slag bildas också när kosmisk strålning faller in mot atmosfären, men av uppenbara skäl är det lite svårt att samla in dem.

Vi är alltså hänvisade till antimateria vi kan tillverka i laboratoriet, där partiklar och antipartiklar produceras genom att kollidera till exempel protoner vid enorma energier. Den massa som finns i antipartiklarna kommer inte ur intet, utan är bara en liten del av den energi vi pumpar in. Man kan aldrig få ut mer energi än man stoppar in, vilket borde vara bekant för var och en, och produktion av antimateria är ungefär det minst effektiva sättet att lagra energi man kan tänka sig. Då har vi inte ens börjat fundera på alla andra praktiska problem med att lagra och frakta det hela.

På nätet förekommer ett rykte om att kometer skulle bestå av antimateria, som man skulle kunna utvinna och så lösa världens energiproblem. Naturligtvis är det en helt ogrundad uppfattning. Visserligen är det en gåta hur det kommer sig att det inte bildades lika mycket materia och antimateria i Big Bang, men det verkar ändå vara så att världen är osymmetrisk och nu består av den ena sorten. Om vissa delar av universum bestod av antimateria skulle det finnas gränsområden som man skulle se tydlig annihilationsstrålning ifrån.

Alltså har vi inte någon lösning på världens energiproblem här.

Det här var ju kanske lite nedslående, men det visar sig som vi ska se att det finns andra områden där vi faktiskt kan ha nytta av antimaterian. Mer om det snart (och det ska inte ta en månad att åstadkomma nästa inlägg om detta!).

Advertisements

Om åka

Fysiker, sf-fantast, allmän entusiast.
Det här inlägget postades i Kärnfysik, Nivå: grundläggande (2), Partikelfysik och har märkts med etiketterna , , , . Bokmärk permalänken.

4 kommentarer till Mer om antimateria: atomer och explosioner

  1. Ping: Ännu mer om antimateria: cancerterapi och raketbränsle « Stjärnstoft och kugghjul

  2. Niclas Stensson skriver:

    Jag tycker att antimateria är ett vilseledande ord. Det är ju ändå partiklar och atomer, men med motsatt laddning, hur är det med stabiliteten, är den motsvarande?

  3. åka skriver:

    Hmm, varför tycker du att det är vilseledande? Vad borde ”antimateria” ha för egenskaper för att vara värt namnet?

    Fast jag håller lite med om att något i stil med ”spegelmateria” kanske skulle vara mer beskrivande. Kanske. Fast alla namn har ju risken med sig att leda tanken fel.

    Huruvida antimateria är lika stabilt som vanlig materia: det är ju en av de saker man vill undersöka. Det verkar så, kan man säga — men vi har ju fortfarande problemet att förstå hur det kommer sig att vårt universum innehåller massor av materia och inte motsvarande mängd antimateria (som då skulle ställa till massor av energirika utbrott när den förintas mot materian). Något måste alltså vara annorlunda, som gör att det i universums början bildades ett överskott av ”vanlig” materia.

  4. Ping: Nu kan vi lagra antiatomer | Stjärnstoft och kugghjul

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s