אנטי-חומר

מתוך המכלול, האנציקלופדיה היהודית
(הופנה מהדף אנטי חומר)
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
אטום אנטי-מימן הוא "תמונת מראה" של אטום המימן. אטום המימן מורכב מפרוטון (מטען חשמלי ) ואלקטרון (), בעוד שאנטי-מימן מורכב מאנטי-פרוטון () ומפוזיטרון (אנטי-אלקטרון בעל מטען )

אַנְטִי-חֹמֶר הוא חומר שמרכיביו הם אנטי-חלקיקים. אנטי-חלקיקים דומים לחלקיקים בתכונותיהם (מסה, גודל הספין, גודל המטען החשמלי), אך מטענם החשמלי הפוך.

למשל: אטום מימן מכיל פרוטון (שמטענו החשמלי ) ואלקטרון (שמטענו החשמלי ). אנטי-מימן, לעומתו (ראו איור), מכיל אנטי-פרוטון (שמטענו החשמלי ) עם פוזיטרון (אנטי-אלקטרון, שמטענו החשמלי ).

ככל הידוע לחומר ולאנטי-חומר אותה מסת התמד, אך מבחינה כבידתית לא ידוע אם אנטי-חומר מתנהג כחומר רגיל כמתחייב מעקרון השקילות[1][2]. קיומם של אנטי-חלקיקים נצפה באופן תאורטי בשנת 1928 על ידי פול דיראק, וכבר בשנת 1932 נמצא הפוזיטרון בקרינה קוסמית.

כאשר חומר ואנטי-חומר נפגשים, הם עוברים אניהילציה, כלומר הופכים לחלקיקים שונים מהמקוריים, כגון פוטונים אנרגטיים (קרינת גמא), נייטרינו וצמדי חלקיק–אנטי־חלקיק אחרים שמסתם נמוכה יותר.

אנטי-חלקיקים מסומנים במקרים אחדים כמו החלקיקים ה"רגילים", בתוספת קו עליון: כך, האנטי-פרוטון יסומן . במקרים אחרים אנטי-חלקיקים טעונים מסומנים על פי מטענם, למשל הפוזיטרון, שסימנו .

האטום הגדול ביותר של אנטי חומר שנצפה עד כה הוא של אנטי הליום.

אנטי-חומר בטבע

אחת השאלות הגדולות ביותר הבלתי־פתורות בפיזיקה של ימינו היא מדוע כמות האנטי־חומר ביקום כל כך קטנה יחסית לכמות החומר הרגיל. לאחר גילוי האנטי-חלקיקים, נשקלה בתקופה מסוימת השערה לפיה יש ביקום אזורים המאוכלסים באנטי-חומר בלבד, אולם כיום השערה זו אינה מקובלת. ישנן כמה תאוריות הטוענות לכך שהאנטי-חומר נוצר מיד לאחר המפץ הגדול בשלב הבאריוגנזה ועבר אניהילציה עם החומר שנוצר יחד אתו, אך בשל הפרת סימטריית CPT בשלב כלשהו (בהתאם לאינטראקציות הבין-חלקיקיות שמציעה כל אחת מתאוריות אלה) נשאר יותר חומר מאנטי-חומר. נכון להיום אין אישוש ניסויי להפרת הפרת סימטריה הנדרשת על פי תאוריות אלה.

עם זאת, אנטי-חלקיקים בודדים נוצרים ביקום כל הזמן. למשל, בהתנגשויות בין קרינת גמא שמקורה בקרינה הקוסמית לבין אטומים באטמוספירה נוצרים אנטי־חלקיקים.

ייצור אנטי-חומר

ייצור אנטי-חלקיקים בדידים הושג עוד בשנות ה-50 וה-60, במהלך ניסויים במאיצי חלקיקים. לעומת זאת, ייצור של אנטי-חומר, כלומר של קבוצות של אנטי-חלקיקים המאוחדות על ידי כוחות גרעיניים וחשמליים, בדומה לאטומים ה"רגילים", הוא משימה קשה הרבה יותר. פריצת הדרך הראשונה לקראת אפשרות כזאת הושגה רק בראשית שנות ה-90, כשעובדי מכון פרמילאב גילו שאנטי-פרוטון אנרגטי מאד העובר בסמוך לגרעין של אטום יכול לגרום ליצירה של אלקטרון ופוזיטרון; אם האנטי-פרוטון יצליח "לחטוף" אליו את הפוזיטרון בהשפעת הכוח האלקטרומגנטי, ייווצר אנטי-מימן, שהוא האטום הכי פחות מורכב של אנטי-חומר.

תסריט תאורטי זה הפך למציאות בשנת 1995 כאשר מכון CERN הודיע שאנשיו הצליחו לייצר 9 אטומי אנטי-מימן בשיטה שהציעו עובדי פרמילאב, שמאוחר יותר הצליחו לחקות השיטה וייצרו קרוב ל-100 אטומי אנטי-מימן.

לאחר ניסויים אלה, חיפשו המדענים דרך "לצנן" את האנטי-פרוטונים, על-מנת שיהיה נוח יותר לחקור אותם. לשם כך נבנה ב-CERN בשנת 1999 מאט האנטי-פרוטונים (Antiproton Decelerator), שבעזרתו יוצר לראשונה אנטי-מימן "קר" בשנת 2002. בשנת 2004 פותחה שיטה נוספת לייצור אנטי-חומר "קר", המבוססת על התנגשויות של חלקיקים חמים עם חלקיקים קרים, שבעקבותיהן מושג שיווי משקל תרמי, וכך מקוררים החלקיקים החמים. משערים, כי בשיטה זו ניתן יהיה לייצר 100 אטומי אנטי-חומר בשנייה. העלויות הכבדות הכרוכות בייצור אנטי חומר וקצב ייצורו הנמוך, יחסית לרצוי לצורכי מחקר ולשימושים אפשריים אחרים[3], הביאו את מכון NIAC של נאס"א לממן מחקרים הבודקים את האפשרות לאסוף ולהביא לכדור הארץ אנטי-חומר מוכן ממקומות במערכת השמש שם הוא נוצר ומצוי, כגון חגורות ואן אלן והמגנטוספרה של צדק.

האטה ואחסון של אנטי-חומר

כאמור, בעת יצירת מרכיבי האנטי-חומר (אנטי-פרוטון, פוזיטרון ואנטי-נייטרון), נדרשים המדענים לצנן את מהירות החלקיקים הנעים במהירות הקרובה למהירות האור עקב היווצרותם במאיצי חלקיקים. על כן, נדרשת שליטה רבה בכיוון תנועת האנטי-חלקיקים בעודם "חמים", וכן שליטה בהם לאחר שהצטננו על-מנת לאחסנם. בשיטה הנפוצה במעבדות CERN מניעים את האנטי-חלקיקים (רק האנטי-פרוטון ופוזיטרון) במעגל העטוף בסלילים מוליכי־על היוצרים שדה מגנטי המקביל לשדה המגנטי של אותו החלקיק (שדה שלילי לפוזיטרון וחיובי לאנטי-פרוטון), ובכך ממרכזים את החלקיקים לנקודת המרכז ומונעים מבעדו להתנגש במעטפת המעגל העשויה חומר רגיל. הסלילים עצמם בנויים כך שחלק מהם מייצרים שדה מגנטי חזק הממרכז את האנטי-חלקיקים לאמצע, ואילו חלק אחר מייצר שדה מגנטי חלש הגורם לזעזועים באנטי-חלקיק הנע בתווך (הדבר דומה לנהג המאיץ ומאט לחלופין), זעזועים אלו מזרזים את האטת האנטי-חלקיק ומסייעים בלכידתו.

לאחר לכידת האנטי-חלקיק הוא מאוחסן לזמן קצר במכלים העטופים סלילי על-מוליך היוצרים שדה מגנטי הדוחה את האנטי-חלקיק למרכז. על שלב זה להיות קצר שכן בניגוד לאנטי-פרוטונים בעלי משך החיים הארוך מאוד, לפוזיטרונים משך חיים קצר בהרבה. לאחר אחסונם מפגישים בין הפוזיטרונים לאנטי-פרוטונים ובכך מביאים ליצירת אנטי-מימן. מרגע זה תמה השליטה על תנועתו של האנטי-חומר שכן במצב זה מטענו החשמלי נייטרלי ולכן אינו מגיב לשדה מגנטי. תוך זמן קצר פוגשים חלקיקי האנטי-חומר בחלקיקי החומר במעטפת, הם מתאיינים הדדית, וכתוצאה מכך, משתחררת אנרגיה בצורה של גלים אלקטרו-מגנטיים (קרני גמא).

דרך צינון ושימור זאת אינה פועלת על האנטי-נייטרון שאינו מגיב לשדות מגנטיים כלל. ניתן אמנם לצנן אותו באמצעות התנגשות באנטי-חומר קר יותר ואולם עדיין ישנם קשיים באחסונו.

ב-2010 הצליחו חוקרים במרכז המחקר CERN ללכוד לראשונה אטומים של אנטי-חומר ולשמר אותם לזמן קצר באמצעות טכניקות חדשניות שפיתחו. ביוני 2011 פורסם כי מדענים במרכז המחקר CERN לכדו חלקיקי אנטי-חומר למשך יותר מ-16 דקות.

בתרבות

בספר "מלאכים ושדים" מאת דן בראון ובסרט בעל אותו שם שהופק על פי הספר משמש מכל אנטי-חומר שנגנב מ-CERN במזימה להשמדת קריית הוותיקן. בסדרת המדע בדיוני "מסע בין כוכבים - הדור הבא", מוחו של האנדרואיד דאטה מבוסס על פוזיטרונים.

ראו גם

קישורים חיצוניים

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא אנטי-חומר בוויקישיתוף

הערות שוליים