¿Qué pasaría si mezclara 10 gramos de antimateria y materia?

tl; dr: es complicado

Existe esta idea errónea de que si la materia se encuentra con la antimateria, simplemente desaparecen en una nube de rayos gamma. No tan. Si está combinando electrones y positrones, puede obtener un par de fotones del proceso (tiene que ser un par, al menos, para satisfacer la conservación del momento). Pero la materia bariónica normal está compuesta de partículas compuestas (protones y neutrones). Estos no se aniquilan a los fotones. Digamos que un protón (configuración de quark de valencia uud ) interactúa con un antiprotón (configuración de quark de valencia [matemática] \ bar {u} \ bar {u} \ bar {d} [/ matemática]. Los pares de quark de valencia / antiquark (o a veces un quark de valencia y un antiquark de mar) se aniquilarán para formar un gluón. Este gluón luego se hadronizará (debido al confinamiento del color) y se descompondrá en un chorro de mesones, generalmente piones y kaones. Estos a su vez son inestables y se descomponen muy rápidamente a partir de entonces. Los piones neutros pueden descomponerse en un par de gammas, pero los piones cargados experimentan (típicamente) las reacciones [matemáticas] \ pi ^ {+} \ rightarrow \ mu ^ {+} + \ nu _ {\ mu} [/ matemáticas] y [ matemáticas] \ pi ^ {-} \ rightarrow \ mu ^ {-} + \ bar {\ nu} _ {\ mu} [/ math]. Los muones mismos se descomponen: [math] \ mu ^ {+} \ rightarrow {} e ^ {+} + \ nu_ {e} + \ bar {\ nu} _ {\ mu} [/ math] y [math] \ mu ^ {-} \ rightarrow {} e ^ {-} + \ bar {\ nu} _ {e} + \ nu _ {\ mu} [/ math]. Los Kaons (que, curiosamente, tienen extrañeza distinta de cero) entran en muones y piones que luego se descomponen como se indicó anteriormente. encontrar un electrón, aniquilar a g ammas Los electrones son solo partículas beta de alta energía y son estables.

El resultado de esto es que la aniquilación de materia bariónica / antimateria resulta en una lluvia de partículas similares a lo que vemos en un colisionador de partículas como el LHC.

Tenga en cuenta que en todas estas interacciones, se producen neutrinos. Estos no interactúan con la materia y abandonan el sitio de reacción, llevándose típicamente el 50% de la energía de masa. Por lo tanto, el rendimiento ya es solo la mitad de lo que sugeriría una aplicación ingenua de [math] E = mc ^ 2 [/ math].

También existe el problema de mezclar adecuadamente la materia y la antimateria. Es muy probable que la reacción inicial interrumpa el sistema y lo destruya antes de que cada partícula pueda encontrar una antipartícula.

Una colisión entre cualquier partícula y su compañero antipartícula conduce a su aniquilación mutua, dando lugar a varias proporciones de fotones intensos (rayos gamma), neutrinos y, a veces, pares de partículas-partícula menos masivos. La consecuencia de la aniquilación es una liberación de energía disponible para el calor o el trabajo, proporcional a la materia total y la masa de antimateria, de acuerdo con la ecuación de equivalencia masa-energía, E = mc2 [matemática] E = mc2 [/ matemática]

Si las colisiones entre la materia y la antimateria resultaran solo en la emisión de fotones, toda la masa restante de las partículas se convertiría en energía cinética. La energía por unidad de masa (9 × 1016 J / kg) es aproximadamente 10 órdenes de magnitud mayor que las energías químicas, y aproximadamente 3 órdenes de magnitud mayor que la energía potencial nuclear que puede liberarse, hoy, utilizando la fisión nuclear (aproximadamente 200 MeV por reacción de fisión o 8 × 1013 J / kg), y aproximadamente 2 órdenes de magnitud mayores que los mejores resultados posibles esperados de la fusión (aproximadamente 6,3 × 1014 J / kg para la cadena protón-protón). La reacción de 1 kg de antimateria con 1 kg de materia produciría 1.8 × 1017 J (180 petajulios) de energía (por la fórmula de equivalencia masa-energía, E = mc 2), o el equivalente aproximado de 43 megatones de TNT – ligeramente menos que el rendimiento de la bomba zar de 27,000 kg, el arma termonuclear más grande que detonó.

Preservación:

La antimateria no puede almacenarse en un contenedor hecho de materia ordinaria porque la antimateria reacciona con cualquier materia que toque, aniquilándose a sí misma y a una cantidad igual del contenedor. La antimateria en forma de partículas cargadas puede estar contenida por una combinación de campos eléctricos y magnéticos, en un dispositivo llamado trampa Penning. Sin embargo, este dispositivo no puede contener antimateria que consiste en partículas sin carga, para lo cual se utilizan trampas atómicas. En particular, dicha trampa puede usar el momento dipolar (eléctrico o magnético) de las partículas atrapadas. A alto vacío, la materia o las partículas de antimateria se pueden atrapar y enfriar con radiación láser ligeramente resonante usando una trampa magnetoóptica o trampa magnética. Las partículas pequeñas también se pueden suspender con pinzas ópticas, utilizando un rayo láser altamente enfocado.

En 2011, los científicos del CERN pudieron preservar el antihidrógeno durante aproximadamente 17 minutos.

Factor de costo:

Los científicos afirman que la antimateria es el material más costoso de fabricar.

En 2006, Gerald Smith estimó que $ 250 millones podrían producir 10 miligramos de positrones.

(equivalente a $ 25 mil millones por gramo); en 1999, la NASA dio una cifra de $ 62.5 billones por gramo de antihidrógeno.

Esto se debe a que la producción es difícil (solo se producen muy pocos antiprotones en las reacciones en los aceleradores de partículas), y porque hay una mayor demanda de otros usos de los aceleradores de partículas. Según el CERN, le ha costado a unos cientos de millones de francos suizos producir aproximadamente una milmillonésima parte de un gramo (la cantidad utilizada hasta ahora para colisiones de partículas / antipartículas).

En comparación, para producir la primera arma atómica, el costo del Proyecto Manhattan se estimó en $ 23 mil millones con inflación durante 2007.

Armas

La antimateria ha sido considerada como un mecanismo desencadenante de armas nucleares.

Un obstáculo importante es la dificultad de producir antimateria en cantidades suficientemente grandes, y no hay evidencia de que alguna vez sea factible.

Sin embargo, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos financió estudios sobre la física de la antimateria en la Guerra Fría, y comenzó a considerar su posible uso en armas, no solo como un disparador, sino como el explosivo mismo.

Supongo que te refieres a 10 gramos de materia y 10 gramos de antimateria. Tendría una explosión igual a la detonación de unos 400 kilotones de TNT. ¿Como lo calculas?

La aniquilación de materia / antimateria resulta en una conversión del 100% de energía de masa a energía radiante (fotones).

La energía generada es

E = mc ^ 2, con m = 0.02 kg yc = 3 * 10 ^ 8 m / s; o E = 18 x 10 ^ 14 julios.

La energía de detonación de una tonelada de TNT es 4.184 x 10 ^ 9 J.

Al dividir los dos números obtienes 430,000, es decir, la energía equivalente a la detonación de 430,000 toneladas de TNT.

Como ejemplo, la aniquilación de un electrón de materia con un positrón de antimateria, da dos gammas, cada uno con 0.511 MeV. Recuerde, 0.511 MeV es equivalente a 9.1 X 106–31 kg (masa de electrones). Entonces 10 gm = 10 ^ -2 kg. Divida entre 9.1 X 10 ^ -31 kg, obtendrá 10 ^ -2 / 9.1 X 10 * – 31 = ~ 10 ^ 28 .MeV = 5.11 X 10 ^ 27 MeV. !!

Usted espera una producción de energía de aproximadamente 5.11 X 10 ^ 27 MeV. Es muy alta energía.

Lo lamentarias.