Αντιυδρογόνο

Το αντιάτομο του αντιυδρογόνου αποτελείται από ένα αντιπρωτόνιο και ένα ποζιτρόνιο.

Το αντιυδρογόνο είναι το αντιυλικό ανάλογο του υδρογόνου. Ενώ το άτομο του κοινού υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, το αντιάτομο του αντιυδρογόνου αποτελείται από ένα αντιπρωτόνιο και ένα ποζιτρόνιο. Το αντιυδρογόνο άρχησε να παράγεται τεχνητά το 1995, σε πειράματα επιταχυντή σωματιδίων, αλλά τα άτομα αντιυδρογόνου που παράχθηκαν είχαν τόσο υψηλές ταχύτητες, ώστε συγκρούστηκαν με ύλη και εξαϋλώθηκαν πριν εξεταστούν για λεπτομέρειες. Το τυποποιημένο σύμβολο για το αντιυδρογόνο είναι $\mathrm {\bar {H}}$.

Παραγωγή

Το Νοέμβριο του 2010, για πρώτη φορά, παράχθηκε ψυχρό αντιυδρογόνο και επιβεβαιώθηκε μαγνητικά η ύπαρξή του για χρονικό διάστημα περίπου ίσο με το 1/6 του δευτερολέπτου, από την ομάδα της συσκευής φυσικής λέιζερ αντιυδρογόνου (Antihydrogen Laser Physics Apparatus, ALPHA) του CERN και το 2011 το υδρογόνο διατηρήθηκε για πάνω από 15 λεπτά. Ένας σημαντικός στόχος στην έρευνα του αντιυδρογόνου δημοσιεύθηκε στις 7 Μαρτίου 2012, σύμφωνα με την οποία οι ερευνητές της ομάδας ALPHA εξερεύνησαν την εσωτερική δομή του αντιυδρογόνου προσαρμόζοντας τη συσκευή να χρησιμοποιήσει συντονισμένη ακτινοβολία μικροκυμάτων και να παγιδέψει μαγνητικά τα (παραγώμενα) αντιάτομα. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι η μελέτη του αντιυδρογόνου μπορεί να βοηθήσει να χυθεί φως στο πρόβλημα ασυμμετρίας των βαρυονίων ή γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη από ότι αντιύλη στο σύμπαν.

Χαρακτηριστικά

Σύμφωνα με το θεώρημα CPT της σωματιδιακής φυσικής, τα αντιάτομα αντιυδρογόνου θα πρέπει να έχουν πολλά χαρακτηριστικά από αυτά που έχουν τα άτομα του κανονικού υδρογόνου. Για παράδειγμα θα πρέπει να έχουν την ίδια μάζα, την ίδια μαγνητική ροπή, τις ίδιες συχνότητες λήψης και εκπομπής (δείτε ατομική φασματοσκοπία, για λεπτομέρειες), μεταξύ τις διάφορες ατομικές κβαντικές καταστάσεις. Για παράδειγμα, τα διεγερμένα αντιάτομα αντιυδρογόνου αναμένεται να εκπέμπουν τα ίδια χρώματα που εκπέμπουν τα διεγερμένα άτομα του κανονικού υδρογόνου. Ακόμη, τα αντιάτομα αντιυδρογόνου πρέπει να έλκονται βαρυτικά από άλλα σωμάτια ύλης ή αντιύλης με μια δύναμη του ίδιου μέτρου με αυτή που έλκονται τα κοινά άτομα υδρογόνου. Αυτό δεν θα είναι σωστό στην περίπτωση που η αντιύλη είχε αρνητική βαρυτική μάζα, γεγονός που θεωρείται πολύ απίθανο, αν και αυτό δεν έχει ακόμη εμπειρικά διαψευσθεί.

Όταν ένα αντιάτομο αντιυδρογόνου έρχεται σε επαφή με την κοινή ύλη, εξαϋλώνεται γρήγορα. Το ποζιτρόνιο, που είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο εξαϋλώνεται με ένα ηλεκτρόνιο, με την υλοενέργεια και των δυο να απελευθερώνεται με τη μορφή ακτινοβολίας γ. Το αντιπρωτόνιο, από την άλλη, αποτελείται από αντικουάρκ που όταν συνδυάζονται με κουάρκ από νετρόνια ή πρωτόνια. Η εξαΰλωση των αντικουάρκ με κουάρκ καταλήγει σε υψηλής ενέργειας πιόνια. Αυτά τα πιόνια, με τη σειρά τους, μετατρέπονται γρήγορα με διάσπαση σε μιόνια, νετρίνα, ποζιτρόνια και ηλεκτρόνια. Αν τα αντιάτομα αντιυδρογόνου μπορούσαν να διαχυθούν σε τέλειο κενό, ωστόσο, θα μπορούσαν να επιβιώσουν επ' άπειρο.

Ως ένα αντιστοιχείο, αναμένεται να έχει ακριβώςε τις ίδιες ιδιότητες όπως το υδρογόνο, από κάθε άποψη. Για παράδειγμα, το αντιυδρογόνο αέριο, κάτω από κανονικές συνθήκες θα πρέπει να ενώνεται με το αντιοξυγόνο, για να σχηματίζει αντινερό, $\mathrm {{\bar {H}}_{2}{\bar {O}}}$.