Antiwasserstoff ist die Antimaterie-Kopie von Wasserstoff. Wohingegen das allgemeine Wasserstoffatom aus einem Elektron und Proton zusammengesetzt wird, wird das Antiwasserstoffatom aus einem Positron und Antiproton zusammengesetzt. Antiwasserstoff hat begonnen, künstlich in Gaspedal-Experimenten 1995 erzeugt zu werden, aber die erzeugten Atome hatten solche "heißen" Geschwindigkeiten, um mit der Sache zu kollidieren und zu vernichten, bevor sie im Detail untersucht werden konnten.

Das Standardsymbol für Antiwasserstoff ist.

Produktion

Im November 2010, zum ersten Mal, wurde kalter Antiwasserstoff erzeugt und magnetisch seit ungefähr einer sechsten von einer Sekunde durch den Antiwasserstofflaserphysik-Apparat (ALPHA) Mannschaft an CERN beschränkt, und 2011 wurde Antiwasserstoff seit mehr als 15 Minuten aufrechterhalten. Wissenschaftler hoffen, dass das Studieren von Antiwasserstoff helfen kann, Licht auf das Asymmetrie-Problem von Baryon zu werfen, oder warum es mehr Sache gibt als Antimaterie im Weltall.

Eigenschaften

Gemäß dem CPT Lehrsatz der Partikel-Physik sollten Antiwasserstoffatome viele der Eigenschaften haben, die regelmäßige Wasserstoffatome haben; d. h. sie sollten dieselbe Masse, magnetischer Moment und Übergang-Frequenzen haben (sieh Atomspektroskopie) zwischen ihren Atomquant-Staaten. Zum Beispiel, wie man erwartet, glühen aufgeregte Antiwasserstoffatome mit derselben Farbe wie dieser von regelmäßigem Wasserstoff. Antiwasserstoffatome sollten von anderer Sache oder Antimaterie Gravitations-mit einer Kraft desselben Umfangs angezogen werden, den gewöhnliche Wasserstoffatome erfahren. Das würde nicht wahr sein, wenn Antimaterie negative Gravitationsmasse hätte, die hoch unwahrscheinlich, obwohl noch nicht empirisch disproven betrachtet wird (sieh Gravitationswechselwirkung der Antimaterie).

Wenn ein Antiwasserstoffatom in Kontakt mit der gewöhnlichen Sache eintritt, vernichten seine Bestandteile schnell. Der Positron, der eine elementare Partikel ist, vernichtet mit einem Elektron mit ihrer Massenenergie, die als Gammastrahlung wird veröffentlicht. Das Antiproton wird andererseits aus Antiquarken zusammengesetzt, die sich mit den Quarken entweder in Neutronen oder in Protonen in der normalen Sache verbinden; die Vernichtung läuft auf energiereichen pions hinaus. Diese pions verfallen der Reihe nach schnell in muons, neutrinos, Positrone und Elektronen. Wenn Antiwasserstoffatome in einem vollkommenen Vakuum jedoch aufgehoben werden sollten, sollten sie unbestimmt überleben.

Produktion ausführlicher

1995 wurde der erste Antiwasserstoff von einer Mannschaft von Forschern unter der Leitung von Walter Oelert am CERN Laboratorium in Genf erzeugt. Das Experiment hat im LEAR stattgefunden, wo nach Antiprotonen, die in einem Partikel-Gaspedal erzeugt wurden, xenon Trauben geschossen wurde. Wenn ein Antiproton in der Nähe von einem xenon Kern kommt, kann ein Elektronpositron-Paar erzeugt werden, und mit etwas Wahrscheinlichkeit wird der Positron durch das Antiproton gewonnen, um Antiwasserstoff zu bilden. Die Wahrscheinlichkeit, um Antiwasserstoff von einem Antiproton zu erzeugen, war nur darüber, so wird dieser Methode für die Produktion von wesentlichen Beträgen von Antiwasserstoff nicht gut angepasst, weil sich ausführlich berichtete Berechnungen vorher gezeigt hatten.

1997 wurden die CERN-Experimente an Fermilab in den Vereinigten Staaten wieder hervorgebracht, wo eine etwas verschiedene böse Abteilung für den Prozess identifiziert wurde. Beide Experimente sind auf hoch energische oder warme Antiwasserstoffatome hinausgelaufen, die für die ausführliche Studie unpassend waren. Nachher hat CERN das Antiproton Decelerator gebaut, um Anstrengungen zum Schaffen von Antiwasserstoff der niedrigen Energie zu unterstützen, der für Tests von grundsätzlichem symmetries verwendet werden konnte.

Antiwasserstoff der niedrigen Energie

In Experimenten, die durch den ATRAP und die ATHENA Kollaborationen an CERN, Positronen von einem Natrium ausgeführt sind, wurden radioaktive Quelle und Antiprotone im Einpferchen von Fallen zusammengebracht, wo Synthese an einer typischen Rate von 100 Antiwasserstoffatomen pro Sekunde stattgefunden hat. Antiwasserstoff wurde zuerst durch ATHENA und nachher durch ATRAP 2002, und vor 2004 erzeugt, Millionen von Antiwasserstoffatomen wurden auf diese Weise erzeugt.

Die Antiwasserstoffatome der niedrigen Energie synthetisiert haben bis jetzt eine relativ hohe Temperatur (einige tausend kelvin) gehabt, so die Wände des experimentellen Apparats demzufolge und Vernichtens schlagend. Ein neues Experiment, ALPHA, ein Nachfolger der ATHENA Kollaboration, sowie ATRAP, verfolgt das Bilden von Antiwasserstoff an niedrig genug kinetischer Energie, magnetisch beschränkt zu werden.

Die meisten Präzisionstests der Eigenschaften von Antiwasserstoff können nur getan werden, wenn der Antiwasserstoff gefangen wird, gehalten im Platz seit langem bedeutend. Während Antiwasserstoffatome elektrisch neutral sind, erzeugt ihre Drehung magnetische Momente. Diese magnetischen Momente werden mit einem inhomogeneous magnetischen Feld aufeinander wirken; einige der Antiwasserstoffatome werden von einem magnetischen Minimum angezogen. Solch ein Minimum kann durch eine Kombination des Spiegels und der Mehrpol-Felder geschaffen werden.

Antiwasserstoff kann in solch einer magnetischen minimalen (minimalen-B) Falle gefangen werden; im November 2010 hat die ALPHA-Kollaboration bekannt gegeben, dass sie 38 Antiwasserstoffatome seit ungefähr einer sechsten von einer Sekunde gefangen hatten. Das war das erste Mal, dass neutrale Antimaterie gefangen worden war. Im Juni 2011 hat ALPHA bekannt gegeben, dass sie 309 Antiwasserstoffatome, einige seit Zeiten nicht weniger als die 1000er Jahre gefangen hatten.

Bis zu drei Antiwasserstoffatome wurden gleichzeitig gefangen.

Der größte Begrenzungsfaktor in der in großem Umfang Produktion der Antimaterie ist die Verfügbarkeit von Antiprotonen. Neue durch CERN veröffentlichte Daten stellen fest, dass, wenn völlig betrieblich, ihre Möglichkeiten dazu fähig sind, Antiprotone pro Minute zu erzeugen. Eine 100-%-Konvertierung von Antiprotonen zu Antiwasserstoff annehmend, würde man 100 Milliarden Jahre brauchen, um 1 Gramm oder 1 Maulwurf von Antiwasserstoff (Atome von Antiwasserstoff) zu erzeugen.

Größere Antimaterie-Atome wie antischwerer Wasserstoff , Antitritium , und Antihelium sind viel schwieriger zu erzeugen als Antiwasserstoff. Antischwerer Wasserstoff, Antihelium 3 und Antihelium 4 Kerne sind bis jetzt erzeugt worden; diese haben solche sehr hohen Geschwindigkeiten, dass die Synthese ihrer entsprechenden Atome mehrere technische Hürden aufstellt.

Siehe auch

• Gravitationswechselwirkung der Antimaterie