Wissenschaftlern ist es gelungen, Positroniummoleküle zu synthetisieren, ein Element, das sowohl aus Materie als auch aus Antimaterie besteht. Die Entdeckung kann genutzt werden, um thermonukleare Reaktoren und Kampflaser zu bauen, sowie um die globale Asymmetrie unseres Universums zu erklären.
Spuren verschiedener Teilchen und Antiteilchen in einer Blasenkammer
Nach den Vorstellungen der modernen Physik hat fast jedes Elementarteilchen ein eigenes Antiteilchen, das eine ähnliche Masse und einen ähnlichen Spin hat, sich aber im Vorzeichen einer grundlegenden physikalischen Eigenschaft (zB der entgegengesetzten Ladung) unterscheidet. Beispielsweise ist ein positiv geladenes Proton mit einem negativ geladenen Antiproton gepaart, während ein negativ geladenes Elektron mit einem positiv geladenen Positron gepaart ist.
Wenn ein Teilchen und ein Antiteilchen miteinander kollidieren, vernichten sie sich und setzen viele hochenergetische Gamma-Quanten frei. Unter bestimmten Umständen können ein Elektron und ein Positron jedoch ein sehr ungewöhnliches System bilden, das einem Wasserstoffatom ähnelt - mit dem Unterschied, dass das Positron die Rolle eines Protons spielt, das darin einen positiv geladenen Kern bildet. Daher der Name dieses exotischen, kurzlebigen Elements, das sowohl aus gewöhnlicher Materie als auch aus Antimaterie besteht – Positronium (Ps).
Die Hypothese über die mögliche Existenz von Positronium wurde 1946 aufgestellt und fünf Jahre später wurde das exotische Element entdeckt. Einige Zeit später zeigte der amerikanische theoretische Physiker John Wheeler, dass Positronium zweiatomige und sogar dreiatomige Moleküle bilden kann - Ps2 und Ps3. Bis vor kurzem konnten Wissenschaftler diese Aussage jedoch nicht experimentell bestätigen, indem sie die entsprechenden Moleküle im Labor erhielten.
Unter normalen Bedingungen können Positroniumatome aufgrund überschüssiger Energie keine stabilen Paare bilden, wodurch sie auseinanderfliegen. Den Physikern David Cassidy und Allen Mills ist es jedoch gelungen, diese Einschränkung zu umgehen.
Der von ihnen entwickelte Prozess zur Erzeugung von Positroniummolekülen sieht folgendermaßen aus: Zunächst werden etwa 20 Millionen Ionen in einer speziellen Falle angesammelt. Positronen. Sie bilden einen Nanosekundenpuls, der auf einen porösen Siliziumwafer gerichtet ist. Die von den Poren eingefangenen Positronen interagieren mit den sie umgebenden freien Elektronen, wodurch manchmal Positroniumatome gebildet werden. Bevor sie diese Atome wiederum vernichten, schaffen sie es, etwa hunderttausend Ps2-Moleküle zu bilden.
Silizium-Porenwände waren der Schlüssel zum Erfolg, wie die Wissenschaftler erklären: Sie absorbieren die überschüssige Energie von Positronium-Atomen und ermöglichen es ihnen, sich zu verbinden, wenn auch nur für sehr kurze Zeit. Dass das Endprodukt des entwickelten Verfahrens gerade die Positroniummoleküle sind, erfuhren die Forscher durch die Analyse des Spektrums der Gammastrahlen, die bei der endgültigen Vernichtung entstehen
Nach Ansicht vieler Experten ist die Gewinnung von Positroniummolekülen von großer Bedeutung für die Grundlagenforschung. Insbesondere soll es Physikern helfen, den Grund für die globale Asymmetrie unseres Universums zu erklären. Obwohl jedes gewöhnliche Teilchen einen exakten Zwilling in der Welt der Antiteilchen hat, überwiegt gewöhnliche Materie eindeutig im beobachtbaren Raum. Die Frage ist warum?
Im Allgemeinen haben Wissenschaftler große Pläne mit Antimaterie – insbesondere könnte sie als Treibstoff auf interplanetaren Schiffen verwendet werden. Lesen Sie mehr über dieses Projekt: Antimaterie in Harness.
