בניסוי ב-CERN הצליחו חוקרים ללכוד אטומי אנטי חומר למשך אלף שניות

המדענים מקווים לחזור על הניסוי וללמוד עוד יותר על מהות האנטי חומר והאם גם סימטרית CPT שבורה כמו כל אחד ממרכיביה בנפרד

מלכודת אנטי חומר. איור: CERN
מלכודת אנטי חומר. איור: CERN

במחקר שפורסם בכתב העת נייצ'ר פיזיקס השבוע (5 ביוני 2011), מדווחים חוקרים העובדים בניסוי אלפא בסרן כי הצליחו ללכוד אטומי אנטי חומר במשך למעלה מ-16 דקות – מספיק זמן כדי להתחיל לחקור את תכונותיהם בפירוט. אלפא היא חלק מהתוכנית הגדולה של גלאי האנטי פרוטון ב-CERN, החוקר את מסתורי אחד מסוגי החלקיקים החמקמקים ביותר בטבע.
היום אנו חיים ביקום המורכב כולו מחומר, אך במפץ הגדול נוצרו חומר ואנטי חומר בכמויות זהות. נראה שלטבע היתה העדפה קטנה ביותר לחומר, שאיפשרה ליקום ולכל מה שאנו רואים בתוכו להתקיים. דרך אחת לחקור את העדפת הטבע לחומר היא להשוות את אטומי המימן עם מקבליהם באנטי חומר,ולכן למחקר הנוכחי חשיבות.
"הצלחנו ללכוד אטומי אנטי מימן למשל אלף שניות" מסביר דובר ניסוי אלפא ג'פרי הנגסט מאוניברסיטת ארהוס. "זה מספיק זמן כדי להתחיל לחקור אותם – גם בכמות הקטנה שהצלחנו ללכוד עד כה."
במאמר מתארים החוקרים כי לכדו וחקרו 300 אטומי אנטי מימן. לכידת האנטי-אטומים תאפשר למפות את האטומים הללו באמצעות ספקטרוסקופית לייזר או מיקרוגל כך שניתן יהיה להשוות אותם לאטומי מימן, שהם המערכות בין המוכרות ביותר בפיזיקה. כל הבדל צריך להיות נראה לעין לאחר בחינה מדוקדקת. לכידת האנטי אטומים גם יכולה לספק גישה משלימה למדידת השפעת כוח המשיכה על אנטי חומר, שבקרוב תחקר גם בניסוי AEgIS.
השלכה חשובה של לכידת האנטי מימן לתקופה ארוכה היא כי לאנטי אטומים יש זמן להרגע ולחזור למצב המנוחה שלהם, דבר שיאפשר לאלפא לבצע מדידות מדויקות החיוניות לחקר הסימטריה הידועה כ-CPT, סימטריה בפיזיקה המתארת כיצד נראה התהליך תחת טרנספורמציות שונות. C לדוגמה מעורב בהחלפת האלקטרונים הטעונים של החלקיקים המעורבים בתהליך. P זה כמו צפיה במראה, בעוד T כולל החזרת חץ הזמן.
באופן פרטני, כל אחת מהסימטריות שבורה – תהליך שלא מאפשר לראות אותם ואולם ב-CPT אנו אומרים כי חלקיק נע קדימה בזמן בעולם שלנו לא ניתן להבחנה מאנטי חלקיק ההולך אחורנית בזמן ביקום המראה, וכך גם הטבע יתייחס אליה. סימטרית CPT דורשת כי המימן והאנטי מימן יהיו בעלי ספקטרום זהה.
"כל רמז על שבירת סימטרית CPT ידרוש חשיבה רצינית מחדש בהבנה שלנו על הטבע" אמר הנגסט. "אבל חצי מהיקום חסר, כך שסוג מסוים של חשיבה מחדש נראה באופק".
השלב הבא עבור אלפא יהיה להתחיל לבצע מדידות בלכידת אנטי מימן, דבר שיתרחש בהמשך השנה. הלכידה הבאה תאיר את האטומים הלכודים באור בתחום המיקרו, כדי לגלות אם הם סופגים בדיוק את אותה תדירות (או אנרגיות) כמו האטומים המקבילים.
"אם פוגעים באטומי אנטי מימן בתדירות הנכונה בגלי מיקרו, הם יברחו מהמלכודת ואנו נוכל לגלות את האיון שלהם – אפילו של אטום בודד" מסביר האנגסט. "הדבר יספק את המבט הראשון אי פעם לתוך מבנה האנטי מימן – היסוד מספר אחד באנטי טבלה המחזורית."

להודעה של החוקרים

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

28 תגובות

  1. נקודה,

    אנטי-חומר הוא לא תמונת הראי של חומר בלבד. את המושג של אנטי-חומר יש להבין בהקשר של ים פרמי.
    בהקשר זה ניתן להבין שיש בעיה עם שימור אנרגיה בהעברת חומר לאנטי-חומר. כאשר פול דירק קבל פתרונות בעלי אנרגיה שלילית הוא הניח קיומם של חלקיקים בעלי אנרגיה שלילית הוא הבין חלקיקים אילו כחורים בים פרמי. התמונה הפיסיקלית היא של אוסף פרמיונים הנמצאים במצב היסוד הם ממלאים מצבים שונים בגלל האיסור של פאולי, מצב זה הוא מצב הוואקום הפרמיוני. עירור של הואקום מעביר חלקיק למצב מעורר ומשאיר מאחוריו חור שזהו האנטי-חלקיק. כדי לעורר חלקיק יש לתת לפחות פעמיים מסת המנוחה שלוכי מייצרים חלקיק ואנטי-חלקיק. בגלל ים פרמי לא ניתן להעביר חומר לאנטי חומר. אין מכניזם קוונטי שיכול להפוך חלקיק לאנט-יחלקיק בגלל שהואקום הפרמיוני מלא.

  2. אהוד. אין פה שום הפרה של שימור אנרגיה. את האנרגיה מקבלים מהמרת החומר עצמו לאנרגיה (החומר והאנטי חומר הופכים לאנרגיה). כל מה שדרוש הוא איכשהו לגרום למה שאנו קוראים חומר להפוך לאנטי חומר. אינני רואה הפרה של חוק שימור בהפיכה שכזו. אלא אם כן אני מפספס משהו. כשאמרתי באופן קוונטי התכוונתי לומר שאיכשהו יהפוך חומר לאנטי חומר (על כל מה שזה אומר) ללא השקעת אנרגיה כלל.
    זה שאנו מייצרים אנטיחומר בדרך מסוימת, זה לא אומר שזו הדרך היחידה לייצר אנטי חומר.

    חלקיקים נוצרים באופן ספונטני מהריק. וקפיצות קווטיות מתרחשות באופן ספונטני. אשמח לשמוע אם יש איזושהי סימטריה שתישבר שבאופן עקרוני לא מאפשרת לתהליך שכזה לקרות.

  3. לאיש,

    שאלות של בטיחות ונצילות הן שאלות הנדסיות, של איך מנצלים דלק מסוג מסוים. מה שניתן לומר כמעט בוודאות הוא שארגיה שהייתה מופקת באופן כזה הייתה הרבה יותר נקיה מזו המופקת מכורים שכן לא היו תוצרי ביקוע שיש להפטר מהם כמו בכורים. מצד שני במחשבה נוספת הפקת אנרגיה מחיבור חומר ואנטי-חומר היא באמצעות קרינת גמא וכדי לכלוא את מקור האנרגיה דרוש מבנה כך שיתכן שהיו נוצרים תוצרים רדיואקטיביים בחומרי המבנה מפליטת הגאמות, אבל יש להניח כי זמן מחצית החיים שלהם היה יותר קצר כך שהיו פחות מזהמים. מבחינת הבטיחות אני נוטה לתמוך בכורים גרעיניים שם הטכנולגיה וההנדסה מוכרות מזה עשרות שנים ולכן רמת הבטיחות היא גבוהה, אין חשש כי כל הדלק ישרף בבת-אחת תקלה שניתן לחשוב עליה בהפקת אנרגיה מחיבור חומר ואנטי-חומר.

  4. לאהוד
    יש לי שאלה שלמישו שלא בקי בחומר.
    התגובות מתארות רעיון של הפקת אנרגיה מאנטי חומר.
    נניח הייתה לנו דרך לשים את ידינו על כמות גדולה של אנטי חומר (אפילו כמות אינסופית).
    האם הפקת אנרגיה מ-א.ח. זה הייתה יותר בטוחה ובעלת נצילות גבוהה יותר מהפקת אנרגיה בכורים גרעיניים?

  5. מהתגובות ניתן לראות אי-הבנה בסיסי של מושג האנטי-חומר. אמנם ניתן לחשוב על אנטי-חומר כתמונת ראי של החומר אבל יש לזכור מספר חוקי טבע בסיסיים. ראשית חוקי הפיסיקה היסודיים הם שימור חומר ואנרגיה והיה זה אינשטיין שהראה את השקילות בינהם. לא ניתן להפוך חומר לאמטי-חומר גם לא באופן קוונטי, לו ניתן היה לעשות זאת הייינו שוברים את חוק שימור האנרגיה כלומר היה לנו "פורפטם מובילה" ובנוסף היינו מייצרים חומר יש מאין ללא השקעת אנרגיה דבר ששובר בברור את חוק שימור החומר.

    שנית, אין מקור לאנטי חומר שאותו צריך לגלות יש לייצר אנטי חומר. ייצור אנטי-חומר דורש אנרגיה והוא בעקרון פועל בתהליך ההפוך מאנליציה כלומר כאשר מייצרים אנטי-חומר מייצרים גם חומר. מה קורה לחוק שימור החומר ביקום? ובכן יש שיוויון בין חומר לאנרגיה וייצור האנטי-חומר דורש אנרגיה רבה. כך שבסך הכל הפסדנו אנרגיה וייצרנו אנטי-חומר. כפי שניתן להבין אין כאן גאולה לבעיות האנרגיה המטרידות את האנושות.

  6. אם איכשהו ימצאו דרך קוונטית להפוך חומר לאנטי חומר, תהיה לנו אנרגיה חינמית בלתי מוגבלת.

  7. אנטי חומר הוא לא מקור לאנרגייה אלא אם כן ימצאו מאיפה לחצוב אותו

    הוא קטליסט חשוב לאינספור תהליכים …. היתוך גרעיני עם רווח אנרגטי בגנרטור בייתי , אפשרי.

  8. מחקר מעניין וחשוב מאוד יסלול לנו את הדרך לפגוש עולמות חדשים ביקום.

  9. finally some updates on CERN
    thought they went dark because a small black hole formed there and obliterated the place….

  10. איציק ג:

    המון אנרגיה. המון המון המון. ו-? מטרת ניסויים אלה היא לא יצירת אנטי חומר בתור מקור אנרגיה חלופית ולשאלה שלך אין שום משמעות.

  11. וכמה אנרגיה הם השקיעו ביצירת אותה כמות אנטי חומר שממנה היה ניתן להאיר נורת להט למשך מספר דקות מועט ? הקירור של המוליכים ? האצת החלקיקים ?

  12. איש קש,

    עדיף לשרוף קש (תסלח לי) להרתיח מים ולבנות מנוע קיטור. באתר הבית של סרן מציינים כי מכל כמות האנטי-חומר שהצליחו אי-פעם לייצר בסרן (לו היה ניתן לרכז אותו יחד) היה ניתן להאיר נורת להט למשך מספר דקות מועט.

    יוסי,
    זוהי בדיוק שאלת המחשר הבסיסית העומדת מאחורי ההישג המדעי-טכנולוגי האדיר המצויין בתכבה. האם אטומים של חומר ואנטי-חומר הם שקולים עד כדי צימוד מטען? לפי חוקי הטבע הידועים לנו לא אמורים להיות הבדלים ברמות האנרגיה של האטומים ואת זאת בדיוק מתכוונים המדענים לבדוק.

  13. מצוין, עכשיו יוכלו סוף סוף להתחיל לבנות כור חומר/אנטי-חומר וליצור מנוע פיתול!
    To boldly go where no man has gone before
    או שאני קצת נסחף?

  14. רפאים:
    בהמשך המשפט כתוב שמתכוונים לפגוע באמצעות גלי מיקרו – כלומר – קרינה אלקטרומגנטית – כלומר – פוטונים.

  15. איך בעצם יבצעו את המדידה על האנטי-חלקיק, הרי כל חלקיק שיווצר על מנת לבצע את המדידה אמור לעבור אנהלציה עם האנטי חלקיק?
    לא הבנתי כל כך למה הכוונה: "אם פוגעים באטומי אנטי מימן…"
    עם מה "פוגעים"? הרי האטום אנטי מימן אמור לעבור תהליך איון ברגע ש"פוגע" בו משהו, לא?

  16. הניסוח מעורפל משהו. לא הבנתי כלום.
    מה למשל המשמעויות של זה? או היישומים?
    לא ברור מה זה אנטי מימן?
    לכל סוג חומר יש אנטי? יש אנטי חמצן למשל?

  17. כדי לציין שאחד השותפים המרכזיים למחקר מתחליתו הוא מדען ישראלי, ד"ר אלי שריד. ד"ר שריד חבר בקבוצת אלפא מהקמתה. בנוסף תרם למחקר לא מעט פרופ' לזר פרילנד מהאוניברסיטה העברית שהציע מספר דרכים תיאורטיות לשיפור הכליאה של האנטי-מימן, הצעות ששימשו את הקבוצה ובזכותן הושגה התוצאה המדווחת בכתבה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן