Antimaterie könnte der Schlüssel zur Lösung des größten Rätsels des Universums sein

Zwei diese Woche veröffentlichte Artikel deuten auf die rätselhaften Ursprünge und möglichen Verwendungsmöglichkeiten von Antimaterie hin, einer Art von Materie, die die Regeln für gewöhnliche Materie umkehrt.

Ein Stück Papier, veröffentlicht Heute wurde am JCAP entdeckt, dass Antikerne der kosmischen Strahlung möglicherweise Indikatoren für bestimmte Arten dunkler Materie sind. In einem separaten Papier, veröffentlicht Anfang dieser Woche beschrieben Forscher in AIP Advances eine Methode zur Erkennung des Standorts und der Aktivität von Kernreaktoren mithilfe von Antineutrinos, die durch die Kernreaktionen der Anlage erzeugt werden.

Antimaterie ist wichtig, weil sie dabei helfen kann, grundlegende kosmische Geheimnisse zu erklären, etwa warum das Universum aus Materie besteht und nicht aus einer Mischung aus Materie und Antimaterie. Diese Studien stellen eine größere Anstrengung dar, einige der größten Rätsel der Physik zu lösen, darunter die Natur der Dunklen Materie, die Physik auf kleinsten Skalen und vielleicht sogar die Ursprünge des Universums selbst.

Trotz ihres Namens ist Antimaterie im wahrsten Sinne des Wortes Materie. Es hat Masse. Antimaterie bezeichnet eine Gruppe von Teilchen, die die entgegengesetzte elektrische Ladung zu gewöhnlichen Teilchen haben. Sie haben von Elektronen (die eine negative Ladung haben) und Protonen (die eine positive Ladung haben) gehört; Die Antimaterie besteht aus Positronen (positiv geladen) und Antiprotonen (negativ geladen).

Trotz Unterschieden in der Teilchenladung ist Antimaterie der fundamentalen Kraft nicht völlig fremd. Letztes Jahr entdeckte ein Team von Physikern, dass Antimaterie auf die Schwerkraft genauso reagiert wie gewöhnliche Materie, eine Entdeckung, die Einstein und das Standardmodell der Teilchenphysik bestätigt.

Etwas, das der „Antimaterie“-Idee, an die Sie vielleicht denken, näher kommt, ist Dunkle Materie – die ebenfalls Masse hat –, aber für alle Arten von Detektoren, die Menschen bisher entwickelt haben, unsichtbar ist. Wissenschaftler wissen von der Existenz dunkler Materie, weil ihre Gravitationseffekte sichtbar sind, auch wenn das dafür verantwortliche Teilchen (oder die Teilchen!) nicht direkt beobachtet werden kann.

Antimaterie sorgt aus mehreren Gründen immer noch für Verwirrung (leider schlechtes Wortspiel). Wie von Gizmodo im Jahr 2022 erklärt:

Das Universum erschütterte vor 14 Milliarden Jahren durch die Urknalltheorie sollte gleiche Mengen an Materie und Antimaterie erzeugen. Aber schauen Sie sich um oder schauen Sie sich die neuesten Bilder des Webb-Teleskops an: Wir leben in einem Universum, das von Materie dominiert wird. Die offene Frage der Physik ist, was mit der gesamten Antimaterie passiert.

Antimaterie und Dunkle Materie stimmen weitgehend mit einem aktuellen JCAP-Papier überein, in dem es heißt, dass die Menge an Antimaterie, die durch Experimente entdeckt wurde, viel größer ist als erwartet – und sie glauben, dass dunkle Materie die Ursache ist.

Es wird angenommen, dass mehrere verschiedene Teilchen (und andere, exotischere Objekte) für die Dunkle Materie verantwortlich sind. Darunter: Axionen, ein Partikel namens Detergens; Großes kompaktes Halo-Objekt oder MACHO; Dunkle Photonen ähneln trotz ihres Namens eher Zunder als einer gefährlichen Version von Licht. und ursprüngliche Schwarze Löcher, das sind sehr kleine Schwarze Löcher, die zu Beginn des Universums entstanden sind und im Weltraum schweben.

Neuere Forschungen haben sich auf einen anderen Typ konzentriert – Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) – als Schuldigen. Die Theorie besagt im Grunde, dass WIMPs, wenn sie kollidieren, sich manchmal gegenseitig auslöschen – zerstören – und dabei Energie sowie Materie- und Antimaterieteilchen abgeben.

In der oben erwähnten Studie aus dem Jahr 2022 entdeckte ein Team von Physikern, die das ALICE-Experiment am CERN nutzten, dass Antimaterie sich problemlos durch unsere Galaxie bewegen kann, anstatt von Materie im interstellaren Medium verbraucht zu werden – eine erlösende Schlussfolgerung für Antikerndetektoren wie AMS-02. Experimente auf der Internationalen Raumstation.

„Theoretische Vorhersagen zeigen, dass kosmische Strahlung zwar durch Wechselwirkungen mit Gas im interstellaren Medium Antiteilchen erzeugen kann, die Menge an Antikernen, insbesondere Antihelium, jedoch sehr gering sein sollte“, sagte Pedro De la Torre Luque, Physiker am Institute of Theoretical. Physiker in Madrid und Hauptautor des JCAP-Artikels bei SISSA Medialab freigeben.

„Wir erwarteten, alle paar zehn Jahre ein Antihelium-Ereignis zu entdecken, aber die etwa zehn von AMS-02 beobachteten Antihelium-Ereignisse sind viel größer als Vorhersagen, die auf Standardwechselwirkungen mit kosmischer Strahlung basieren“, fügte De la Torre Luque hinzu. „Deshalb sind diese Antikerne ein sinnvoller Hinweis auf die Eliminierung von WIMPs.“

De la Torre Luque fügte jedoch hinzu, dass WIMP nur Mengen an Antihelium-3 – einem von AMS-02 nachgewiesenen Isotop der Antimaterie – erklären könne und keine Mengen des selteneren und schwereren Antihelium-4 nachweisen könne. Mit anderen Worten: Obwohl WIMPs für die Dunkle Materie verantwortlich sind, erzählen sie nicht die ganze Geschichte.

WIMPs könnten für die Erkennung von Antimaterie verantwortlich sein, die von weltraumgestützten Detektoren gesammelt wird. Aber abgesehen von der Frage der Dunklen Materie – deren Beantwortung lange dauerte – zeigt der Entwurf eines Antimaterie-Schnüffeldetektors zur Überwachung von Kernreaktoren auf der Erde heute praktische Anwendungen. Zusammengenommen könnten diese Antimaterie-Erkenntnisse neue Wege eröffnen, die seltsamen Eigenschaften des Universums für die praktische Nutzung nutzbar zu machen und uns gleichzeitig dabei helfen, den Kosmos und unseren eigenen Planeten besser zu verstehen.