Antimadde nedir ve insanlar antimaddeyi nasıl keşfetti?
1928'de bir gün, ünlü fizikçi Dirac koltuğuna oturdu ve Erlang'ın bacakları eğildi ve rahat bir nefes aldı. Kuantum mekaniği alanındaki Schrödinger denklemini evrenin düzenine göre görelilik teorisi ile birleştiren harika bir çalışmayı henüz tamamladı ve Dirac denklemini önerdi.
Schrodinger denklemi, mikroskobik parçacıkların hareketini tanımlamak için kullanılır. Ancak bu denklemin de bir sorunu var: Parçacık hızını hesaplarken normal dünyanın formülünü kullanıyor. Mikroskobik dünyada parçacıklar ışık hızına yakın bir hızda hareket etmektedir.Makroskopik dünyanın formülünü kullanmak uygun değildir, ancak göreliliğin etkisi dikkate alınmalıdır.
Öyleyse, göreliliğin etkisi nedir?
Görelilik teorisi bize bir nesnenin hareketinin ışık hızını geçemeyeceğini söyler. Örneğin: Ekvatorda dünyanın dönüşünün doğrusal hızı 1670km / s'dir.Ekvator üzerinde doğu yönünde saatte 30 kilometre hızla giderseniz, makro dünyadaki nesnelerin hız dönüşüm formülüne (Galileo dönüşümü) göre 1700km'dir. / h. Bu sorun değil. Fakat bir arabada ışık hızının 0,3 katı hızda ilerleyip ışık hızının 0,8 katı hızla gidip bu şekilde hesaplarsanız, ışık hızının 1,1 katı olmaz mıydı?
Aslında, ışık hızına yaklaşırken, hesaplamak için başka bir hız süperpozisyon formülü (Lorentz dönüşümü) kullanmamız gerekir, yani:
Denemeye istekliysen, iki üst üste bindirilmiş hız çok küçük olduğunda ve payda neredeyse 1'e eşit olduğunda, bu formülün Galileo dönüşümünden farklı olmadığını göreceksin; ve ışık hızına yakın veya hatta ışık hızına eşit olduklarında, hesaplama sonucunun her zaman olduğunu göreceksiniz. Işık hızını aşamaz.
Bu nedenle Dirac, bu dönüşüm formülünü Schrödinger denklemine uyguladı (tabii ki burada başka çok karmaşık hesaplamalar ve teoriler var ve bunu basitçe anlamak yeterli), böylece onu tatmin etmek ve başkalarını yapmak için Şaşırtıcı Dirac denklemi (denklem çok karmaşık, alıntı yapmayacağız).
Dirac kayıtsız kaldığında, diğer bilim adamları sorular sordular: Hayır, denkleminiz negatif enerji seviyeli elektronlar üretti, neler oluyor?
Tamam, tekrar gösteriye atlayalım ve negatif enerji seviyesinin ne olduğu hakkında konuşalım.
Bunu açıklamak daha kolaydır, yani bir atom normal durumda olduğunda, elektronlar çekirdeğin etrafında durmadan dönerler Bu duruma temel durum denir. Ancak bu atoma dış dünyadan enerji verilirse elektron enerjiyi emer ve tıpkı bir tavuk kanı gibi "yukarı aşağı zıplamaya" başlar. İnternette bir benzetmeyi ödünç alırsak, temel durumdaki elektronlar bir arabanın boş vitesine eşdeğerdir ve uyarılmış elektronlar sanki 1, 2 ve hatta 5 viteslerindeymiş gibi dönerler.
Dirac denklemi bize elektronların hala negatif bir enerji seviyesine sahip olduğunu söyler, bu da negatif vitese sahip bir arabaya eşdeğerdir. Tabii ki, bu "negatif vites" geri vitesle aynı değil, ancak elektronik sağduyuya ters düştü.
Dirac eğilmiş Erlang bacaklarını yere koydu ve derin düşüncelere daldı. Negatif enerji seviyesinin var olduğunu, ancak elektronlarla dolu olduğunu söyleyerek bir fikir önerdi (Pauli'nin dışlama ilkesi, her neyse, bu teori yanlış, derinlemesine anlamaya gerek yok), bu yüzden onu gözlemleyemeyiz. Bu negatif enerji seviyeli elektronlar okyanusa batmış gibi görünüyor, bu nedenle Dirac Denizi kavramı önerildi.
Bu kavram, tıpkı Einstein tarafından önerilen kozmolojik sabit gibi, doğası gereği çok uzaktır. Yakında Heisenberg, Pauli ve diğerleri sorular yöneltti. Sonunda Dirac, bu denklemin bir tahmine eşdeğer olduğunu itiraf etti: Negatif enerji seviyeli bu elektronlar aslında pozitif yüklü elektronlardır (sıradan elektronlar negatif yüke sahiptir) ve kütle elektronlarınkiyle aynıdır, bu nedenle bu tür elektron adlandırılır. Anti-elektron.
Dirac'ın öngörüsü çabucak doğrulandı. Amerikalı fizikçi Anderson, bulut odasını kozmik parçacıkları incelemek için kullandığında, bulut odasının ve elektronların manyetik alanının ters yönde, ancak aynı açıda saptığını keşfetti. Lise fiziği okumuş arkadaşlar, sapmanın ters yönünün ters yük anlamına geldiğini ve aynı açının aynı kalite anlamına geldiğini görebilir. Açıkçası, bu anti-elektrondur.
Bu şekilde insanlık ilk kez antimaddeyi keşfetti.
Daha sonra, 1955'te Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Lawrence Radyasyon Laboratuvarı antiprotonları keşfetti; 1965'te Çinli Amerikalı fizikçi Ding Zhaozhong antideuteron keşfetti; 1995'te CERN'deki bilim adamları antihidrojen atomları bile sentezlediler.
Öyleyse bilim adamları neden antimaddeye bu kadar takıntılı? Ne işe yarar? Bunu bir sonraki sayıda tanıtacağız.
