¿Se ha descubierto la antimateria? ¿Cómo sabemos que existe realmente la antimateria?

Vea también la respuesta de Olaf Doschke a ¿Por qué la relatividad especial requiere antimateria para reflejar la materia?

Citado a partir de ahí:

Consulte la sección “Antipartículas” en http://physics.unm.edu/Courses/P …
Afirma que el positrón fue descubierto en 1932 en un experimento que crea pares electrón-positrón a través de la estimulación por rayos X (rayos gamma-fotones).

Desafortunadamente, esa página del curso ya no está, pero encontrará otras imágenes de la cámara de nubes de la creación de pares de electrones / positrones.

Permítanme agregar cómo y por qué la curvatura revela un positrón: las cámaras de nubes se colocan en un campo magnético estático, que dobla el camino de las partículas cargadas y los rastros que dejan. Lógicamente, las partículas positivas y negativas se doblan en la dirección opuesta en sentido horario / antihorario (cuya orientación depende tanto de la orientación del campo como del lado que observe).

Las curvaturas no solo dependen de la carga, sino también de la masa y la energía, sino que no hay ninguna situación en que las partículas cargadas negativamente hagan el otro giro y, por lo tanto, al rechazar la existencia de un positrón, las otras trazas de orientación tendrían que ser átomos ionizados, de los cuales el más ligero sería ser un protón Necesitaría tener baja energía y velocidad para hacer el mismo camino que hace un positrón y por eso puede excluirse como explicación, si tiene suficiente material sobre tales eventos de creación de pares que puede examinar. A la larga, los pares de electrones / protones crearían mucho más pistas asimétricas que los pares de electrones / positrones, por ejemplo. También conocer la energía de un fotón de rayos gamma inicial ayuda a conocer la suma de energía y las masas de partículas, por lo que el único ajuste es un positrón.

Ocurre naturalmente, también sin la cámara de nubes, por rayos cósmicos y no necesita un acelerador de partículas. El antiprotón y el antineutrón se descubrieron en 1955 y más tarde también átomos enteros de antimateria en experimentos de aceleración de partículas.

Cuando uso la palabra antimateria, incluyo todas las antipartículas. Incluyo antielectrones, antiprotones y antineutrones. Se ha demostrado que cada fermión tiene un anti-fermión correspondiente.

La técnica experimental para detectar la antimateria es detectar los dos fotones que se emiten cuando una partícula y su antipartícula entran en contacto. Las dos partículas son reemplazadas casi de inmediato por dos fotones de rayos gamma que se mueven en direcciones opuestas. Por supuesto, la energía total de los dos fotones gamma tiene que ser igual a la energía total de la partícula y su antipartícula.

Los antielectrones existen. Son emitidos por algunos núcleos radiactivos. Los antielectrones también se llaman positrones.

Los positrones son importantes en medicina. Los positrones se utilizan en la técnica de imagen llamada tomografía por emisión de positrones (PET). Las exploraciones PET se realizan muchas veces. Son especialmente útiles en la obtención de imágenes de tumores en pacientes con cáncer.

El PET utiliza los elementos radiactivos que emiten positrones como marcador. Cuando un positrón entra en contacto con un electrón regular, se emiten dos fotones de rayos gamma en direcciones opuestas. La detección simultánea de ambos fotones se utiliza para construir una imagen.

El PET es la única tecnología comercial que conozco que utiliza antimateria. Sin embargo, ha habido muchos experimentos en investigación básica donde se detecta la antimateria.

Tanto los antiprotones como los antielectrones también se han producido en aceleradores de partículas de alta energía. Recuerdo haber leído sobre cómo los dos se combinaron en un átomo de antimateria.

Se han detectado fotones de rayos gamma de la aniquilación de positrones y electrones mediante satélites. Gran parte de esta radiación proviene del centro de la galaxia. Sin embargo, no hay mucha de esta radiación a pesar de que el centro de la galaxia contiene mucha materia.

Una conclusión a la que llegan los astrónomos es que los antielectrones fueron creados por un proceso de alta energía en el centro de la gravedad. Tal vez fueron generados por un agujero negro gigante que se traga estrellas enteras.

La otra conclusión a la que llegan los astrónomos es que la antimateria es EXTREMADAMENTE rara en comparación con la materia en esta galaxia.

http://timeline.web.cern.ch/time …

La antimateria se abrió paso en la imaginación popular poco después de su descubrimiento a principios de la década de 1930. Los fanáticos de “Star Trek” conocen la antimateria como el combustible de alta energía del Enterprise, el material que envía a la nave más rápido que la velocidad de la luz. Es probable que ese tipo de viaje espacial no se materialice. Pero las posibilidades teóricas de la antimateria han seducido durante mucho tiempo a los aficionados a la ciencia ficción y a los científicos con promesas de revelaciones sorprendentes sobre la naturaleza de las galaxias distantes y los orígenes del universo.

Quizás lo más sorprendente de la antimateria es que fue concebida en absoluto. En 1928, el físico británico Paul Dirac se propuso resolver un problema: cómo conciliar las leyes de la teoría cuántica con la teoría especial de la relatividad de Einstein. A través de complejos cálculos matemáticos, Dirac logró integrar estas teorías dispares. Explicó cómo se comportan las cosas muy pequeñas y muy rápidas, en este caso, los electrones cerca de la velocidad de la luz. Este fue un logro notable por derecho propio, pero Dirac no se detuvo allí. Se dio cuenta de que sus cálculos funcionarían para un electrón con carga negativa, pero también para un electrón con carga positiva, un resultado inesperado.

Dirac argumentó que esta anomalía era, de hecho, la “antipartícula” del electrón, el equivalente subatómico del “gemelo malvado”. De hecho, afirmó, cada partícula tiene una “antipartícula” con propiedades casi idénticas, excepto por una carga eléctrica opuesta. Y así como los protones, los neutrones y los electrones se combinan para formar átomos y materia, los antiprotones, los antineutrones y los antielectrones (llamados positrones) se combinan para formar antiatomos y antimateria. Sus hallazgos lo llevaron a especular que incluso podría haber un universo espejo hecho completamente de antimateria.

La aniquilación de un electrón y un positrón producen muchas partículas nuevas. Las ecuaciones de Dirac marcaron la primera vez que algo “nunca antes visto en la naturaleza” fue predicho, es decir, se supone que existe en base a evidencia teórica más que empírica, únicamente sobre la base de teoría guiada por la imaginación humana. Su predicción se confirmaría en experimentos de Carl Anderson en 1932. Ambos hombres ganaron premios Nobel por sus esfuerzos.

Los físicos han aprendido mucho sobre la antimateria desde el descubrimiento de Anderson. Uno de los hallazgos más dramáticos (hecho a medida para muchas aventuras de ciencia ficción) es que la antimateria y la materia explotan al contacto. Al igual que los amantes atrapados en una relación condenada, la materia y la antimateria se atraen inicialmente (gracias a sus cargas opuestas) y luego se destruyen mutuamente. Debido a que estas aniquilaciones producen radiación, los científicos pueden usar instrumentos para medir los “restos” de sus colisiones fatales. Ningún experimento ha podido detectar las antigalaxias o vastas extensiones de antimateria en el espacio que Dirac imaginó. Sin embargo, los científicos aún envían observatorios al espacio para buscarlos, por si acaso.

El desacelerador antiprotón (AD) del CERN ralentiza los antiprotones de alta energía para poder estudiar sus propiedades. Pero la pregunta que realmente confunde a los físicos de hoy surge de la misma fuente que capturó la imaginación del público: esa materia y la antimateria se aniquilan cuando se encuentran. Todas las teorías de la física dicen que cuando el universo surgió hace unos quince mil millones de años con el Big Bang, la materia y la antimateria existían en cantidades iguales. En erupción de un caldero celestial de temperaturas insondables, la materia y la antimateria se materializaron y luego se aniquilaron repetidamente, finalmente desaparecieron en energía, conocida como la radiación de fondo cósmica. Las leyes de la naturaleza requieren que la materia y la antimateria se creen en pares. Pero dentro de una milifracción de un segundo del Big Bang, la materia superó en número a sus partículas frente a un cabello, de modo que por cada mil millones de antipartículas, había mil millones y una partículas. Dentro de un segundo de la creación del universo, toda la antimateria fue destruida, dejando solo materia. Hasta ahora, los físicos no han podido identificar el mecanismo exacto que produciría esta aparente “asimetría”, o diferencia, entre la materia y la antimateria para explicar por qué no se destruyó toda la materia.
¿Hay un antiuniverso? ¿Cómo se vería? Rolf Landua describe el objetivo del experimento ATHENA. Necesitará RealPlayer para ver este video. Hoy en día, la antimateria parece existir principalmente en los rayos cósmicos, partículas extraterrestres de alta energía que forman nuevas partículas a medida que penetran en la atmósfera terrestre. Y aparece en aceleradores como el CERN, donde los científicos crean colisiones de alta energía para producir partículas y sus antipartículas. Los físicos estudian las propiedades y el comportamiento de las antipartículas fabricadas y la antimateria que forman cuando se combinan, con la esperanza de encontrar pistas sobre este mecanismo de asimetría.

La mayoría de los científicos creen que una diferencia sutil en la forma en que la materia y la antimateria interactúan con las fuerzas de la naturaleza puede explicar un universo que prefiere la materia, pero no han podido confirmar definitivamente esa diferencia en los experimentos. Las teorías sugieren que incluso si se crearan cantidades iguales de materia y antimateria con el Big Bang, las disparidades en sus propiedades físicas, como la tasa de descomposición o la duración de la vida, podrían favorecer un mundo lleno de materia. En 1967, el físico teórico ruso Andrei Sakharov postuló varias condiciones (bastante complejas) necesarias para la prevalencia de la materia. Uno requería algo llamado violación de “paridad de carga”, que es un ejemplo de un tipo de asimetría entre partículas y sus antipartículas que describe la forma en que se descomponen. Al comparar la forma en que las partículas y las antipartículas se mueven, interactúan y se descomponen, los físicos han estado tratando de encontrar evidencia de esa asimetría desde entonces.
¿Es el protón una imagen especular del antiprotón? John Eades describe los objetivos del experimento ASACUSA en el CERN. Necesitará RealPlayer para ver este video. Para encontrar esa evidencia, los físicos realizan dos tipos de experimentos extremadamente difíciles, en un esfuerzo por observar la materia y la antimateria directamente. Uno produce antipartículas y antimateria a partir de colisiones de alta energía en aceleradores de partículas, y luego realiza mediciones precisas de ellos; Estas mediciones se comparan con todo lo que sabemos sobre sus opuestos de materia para identificar cualquier diferencia detectable.

Cualquiera sea el resultado de tales experimentos, los físicos continuarán empujando los límites de la imaginación humana tratando de arreglar este pequeño agujero (aunque no el único) en su hermosa teoría. Si bien la física teórica logra explicar con extrema precisión una buena parte de lo que sabemos sobre las leyes de la naturaleza, como lo confirman los experimentos, hasta ahora, la asimetría no encaja en el marco. ¿Pero quién sabe? En su búsqueda de ese mecanismo evasivo que ayudaría a explicar el misterio de por qué estamos aquí, los físicos podrían descubrir algo totalmente inesperado, abriendo la puerta a un nuevo descubrimiento sorprendente que nadie ha imaginado todavía.

La primera antimateria fue descubierta en 1929, hace 85 años. Para poner esto en perspectiva, preguntar si existe la antimateria hoy en día es similar a preguntar si la inducción electromagnética existió en 1929. Está bien una pregunta, pero para un físico parece preguntarse “¿sabemos que existe el sol?” – la única sutileza está en el significado de “existir”. Asumiré que no te refieres a algún argumento semántico sobre la existencia, si es así, pregunta cómo sabemos que existe el electrón y colócalo en la Filosofía de la Ciencia o la Filosofía de la Física.

El positrón se descubrió en una cámara de nubes observando una pista creada por una partícula que tenía la misma masa que un electrón, pero carga opuesta. Esto es precisamente lo que se supone que debe ser la antimateria. El positrón (versión antimateria del electrón) fue predicho en 1928 por Paul AM Dirac. El positrón fue descubierto primero por el físico ruso Dmitri Skobeltsyn en 1929, aunque no sabía cómo interpretar su resultado. El positrón fue descubierto nuevamente en 1929 por un estudiante graduado de Caltech, Chung-Yao Chao, nuevamente sin saber lo que significaba. Finalmente, fue descubierto nuevamente y su significado fue completamente comprendido por Carl D. Anderson en 1932, también en Caltech. Entendió completamente las implicaciones y ganó el premio Nobel por este descubrimiento.

En los 85 años transcurridos, hemos descubierto docenas de formas de partículas elementales, todas las cuales tienen antipartículas (que ocasionalmente son la misma partícula, por ejemplo, la antipartícula de un fotón es un fotón, de manera similar el bosón de Higgs es su propia antipartícula). Hemos medido las masas de estas muchas antipartículas con una precisión inmensa (a menudo más de 10 decimales) y se ha encontrado que son exactamente las mismas que las de las partículas y tienen exactamente las cargas opuestas.

Hemos descubierto que las leyes de la física no son exactamente las mismas que las partículas normales (aunque son casi las mismas). Las diferencias en las leyes de la física son sutiles, pero significativas y nos dan la esperanza de que algún día entenderemos en detalle cómo la materia llegó a dominar la antimateria en nuestro Universo.

Los médicos usan regularmente la antimateria en las exploraciones PET: ciertos núcleos radiactivos emiten positrones cuando se ingieren en el cuerpo humano. El positrón encuentra un electrón, emitiendo dos fotones que luego pueden apuntar al lugar donde ocurrió la desintegración radiactiva.

Los positrones llueven del cielo en rayos cósmicos. También hemos medido la tasa de antiprotones que bajan en los rayos cósmicos y probablemente mediremos el flujo de antideuterones en el futuro cercano.

Entonces, si considera que el electrón “existe”, entonces el positrón tiene las mismas propiedades existenciales.

La antimateria es ciertamente real, ¡incluso hemos creado algunas en un laboratorio!

El problema es que muchas personas ven la antimateria como esta fuerza súper misteriosa y compleja, cuando en realidad todo se reduce a la carga.

Un electrón, con una carga de -1, tiene una antipartícula, el positrón, que tiene una carga de +1. Se aniquilarán entre sí, o se cancelarán entre sí, y liberarán enormes cantidades de energía, resumidas por E = mc ^ 2 (E es energía, m es masa y c ^ 2 es la velocidad de la luz al cuadrado).

Además de las cargas, un electrón y un positrón son exactamente lo mismo. Se ven y se comportan de manera idéntica, e incluso puede formar antiatomos combinando antiprotones y antineutrones y positrones. La antimateria funciona exactamente como la materia normal, es decir, en teoría podría haber estrellas, planetas y formas de vida hechas de antimateria.

En resumen, la antimateria es exactamente como la materia normal, con carga eléctrica opuesta.

Sí, se ha descubierto y demostrado que existe. Es muy real y está a tu alrededor. Los rayos cósmicos están trayendo anti-materia cada segundo en esta Tierra. Una de las antimateria más fáciles de encontrar es el positrón. Es la antipartícula de electrones. Suele producirse en desintegraciones nucleares.

Sabemos que existe porque se aniquila cuando se encuentra con el electrón para dar energía pura. No se preocupe, esas son cantidades muy muy pequeñas y no poseen ningún daño.

De hecho, una fuente muy común de antimateria es un plátano. El plátano contiene potasio -40 que cuando se descompone emite positrones. Sin embargo, es un proceso lento.

La antimateria es una cosa muy real. Es un posible producto de la desintegración radiactiva. También se genera en pequeñas cantidades, en el LHC. Existen físicamente, sin embargo, su naturaleza hace que su almacenamiento sea una tarea muy difícil, posible mediante el uso de trampas electromagnéticas

¿Has visto o leído “Ángeles o demonios” de Dan Brown? La cantidad de antimateria que se muestra en la historia es una exageración, pero realmente se forman en colisiones cercanas a la velocidad de la luz y las propiedades descritas son ciertas. La cantidad de antimateria descrita en la historia es, al menos, tan fuerte como la bomba nuclear.

Lo observamos Las partículas de antimateria se producen en colisiones de partículas de alta energía. La primera antipartícula jamás observada, el positrón, se ha encontrado entre los productos de colisión de rayos cósmicos de alta energía con la atmósfera de la Tierra. Luego, desde que aprendimos a construir aceleradores de partículas de suficiente energía en la Tierra, hemos podido producir antimateria de una manera más controlada.

¿Cómo sabemos qué cosas producidas en las colisiones son antipartículas? Medimos sus masas y cargas eléctricas observando cómo sus pistas se doblan en el campo magnético. Cuando encontramos una partícula que tiene una masa igual a la masa de una conocida, como un protón o un electrón, pero opuesta a la carga eléctrica, hemos visto una antipartícula. Podemos verificar experimentalmente, que las antipartículas de hecho pueden aniquilarse con sus contrapartes, cuando chocan.

Como ya se dijo, la antipartícula más temprana de encontrar y más fácil de producir (debido a la pequeña masa) es el positrón, la antipartícula de electrones. Desde hace unos 60 años tenemos aceleradores lo suficientemente potentes como para producir antiprotones. En los últimos años, incluso hemos tenido éxito en la producción de átomos de antihidrógeno, que consisten en un antiprotón y un positrón (esto no es trivial, ya que los antiprotones que produce en un acumulador generalmente proporcionan una energía bastante alta y hay que reducir la velocidad cuidadosamente para emparejarlos con positrones).

Sí, la antimateria no es tan exótica como parece pensar la gente. La antimateria es solo una versión de la materia normal con la carga opuesta del electroimán, un positrón es solo un electrón de carga positiva. Si combinas mater y antimateria se libera una gran cantidad de energía, pero si realmente fuera el equivalente antiuniverso, no se cancelarían por completo y no te quedaría nada. La antimateria se produce de forma natural como parte de la desintegración radiactiva, y la antimateria se usa en medicina, las exploraciones PET, por ejemplo, usan positrones.

Si mucho. Lo observamos todo el tiempo en experimentos de física de partículas.

(Imagen de Wikipedia).

Esta es la primera foto de un positrón, tomada por Carl Anderson en 1932. Le ganó el Premio Nobel. Lo que Anderson hizo fue disparar partículas a través de una cámara de nubes con placas cargadas a los lados. Las partículas cargadas van hacia la placa positiva o negativa dependiendo de su carga, y su rastro se dobla de acuerdo con su masa. Anderson observó una partícula que tenía una curva como un electrón, pero fue al revés. Fue un positrón.

Desde entonces, hemos observado una gran variedad de antipartículas, y la producimos y usamos en nuestros experimentos. También se usan fuera de la investigación científica. Supongo que has oído hablar de un escáner PET. Bueno, PET significa tomografía por emisión de positrones.

La antimateria existe, pero fuera de los experimentos construidos específicamente para confinarla, no sobrevive por mucho tiempo. La desintegración β⁺ convierte un protón en un neutrón mientras emite un positrón (antielectrón) y neutrino. Como los electrones abundan en nuestro pequeño rincón del universo, no llegará muy lejos. La desintegración β⁻ produce un antineutrino como parte del proceso, por lo que ambos tipos de desintegración beta producen antimateria. Es difícil decir exactamente qué pasa con el antineutrino, porque interactúan muy débilmente con todo, pero sabemos que tienen masa y, por lo tanto, entran en la categoría de “materia” o “antimateria”.

¡Las tormentas eléctricas producen antimateria! Dado que los chorros se dirigen hacia arriba, algunos de ellos se escapan al espacio sin chocar con nada, momento en el que en realidad podría sobrevivir un tiempo.

Y como insinué al principio, la antimateria puede estar contenida en trampas para que no entre en contacto con la materia, permitiendo que exista el tiempo suficiente para ser estudiada. El antihidrógeno es tan estable como el hidrógeno, siempre que no golpee nada.

Sí, la antimateria es real.

En 2014, un equipo de científicos que trabajaba en el LHC en el CERN detectó átomos de anti-hidrógeno durante un experimento. Para su ejemplo, aquí está el artículo publicado por el equipo: Una fuente de antihidrógeno para la espectroscopía hiperfina en vuelo.

Tomado del sitio web oficial del CERN.

El positrón fue la primera antipartícula descubierta en 1932 por Carl Anderson, por lo que recibió el premio Nobel en el año 1936. También fue Anderson quien acuñó el término ‘positrón’. Muy recientemente (21 de enero de 2014), los científicos del CERN han producido con éxito el primer haz de átomos de antihidrógeno. Consulte http://www.symmetrymagazine.org/ … para más detalles.

La antimateria fue descubierta por el físico experimental Anderson en los rayos cósmicos.

Teóricamente, Paul Dirac, a través de su ecuación de dirac y el mar de dirac, teorizó que la antimateria sí existe. El vacío puede considerarse como el mar infinito de partículas con energía negativa. Las partículas son positrones que son antipartículas de electrones.

Ambos recibieron el Premio Noble por la predicción de la antimateria en la naturaleza.

Demasiadas personas no pueden distinguir la diferencia entre antimateria, materia oscura, agujeros negros y energía oscura, así que aquí hay un resumen simple:

• antimateria

Materia normal con carga opuesta, por lo que un anti-electrón tendría carga positiva en lugar de negativa. Las partículas sin carga, como los fotones, no tienen antipartículas, por lo que no existe un antifotón. De lo contrario, estas cosas son completamente iguales a la materia normal, puede reemplazar todo el universo con antimateria y no habría ninguna diferencia.

• materia oscura

No sabemos qué es, todavía se ha observado, lo que genera la gravedad requerida para mantener las galaxias juntas.

• energía oscura

No sabemos qué es, todavía se ha observado, lo que está generando la fuerza que destruye todo el universo a un ritmo acelerado.

• agujeros negros

no tiene nada que ver con ninguna de las tres cosas anteriores. solo un grupo de materia realmente denso de cualquier tipo, puede ser materia oscura, puede ser antimateria, puede ser queso, no hace ninguna diferencia, siempre que sea lo suficientemente denso. Pero no puede ser energía oscura, porque esas cosas tienen como antigravedad.

Podemos hacerlo:

“Los primeros átomos de antihidrógeno, la contraparte de la antimateria del átomo más simple, el hidrógeno, se crearon en el CERN en 1995. Un átomo de antihidrógeno consiste en un antiprotón y un positrón (un antielectrón), lo que lo convierte en el antiatom más simple”.

Antimateria en el CERN

Y ocurre naturalmente aquí en la Tierra:

“El telescopio espacial de rayos gamma ha detectado haces de antimateria producidos por encima de las tormentas eléctricas en la Tierra”.

Las tormentas eléctricas hacen antimateria

Aunque, la pregunta es de alguna manera ingenua, pero responderé,
Sí, existe la antimateria, como mencioné antes, la primera vez que se encuentra cuando se descubrió el positrón (antielectrón) en 1932. Luego, cada partícula tiene su antipartícula. Ahora, las antipartículas pueden producirse experimentalmente en muchos aceleradores bien conocidos y usarse en Página sobre colisionadores. Por lo tanto, No hay duda sobre su existencia, ¡Pero el tiempo de las hormigas está cerca de la materia que inhalaron! en fotones. Por lo tanto, no son materia circundante.

En 2009, el estreno mundial de la película Angels & Demons llegó con una serie especial de conferencias de ciencias en muchos laboratorios y universidades. Tuve la suerte de asistir a una conferencia en Fermilab en ese entonces.
Puedes encontrar algunas de estas conferencias en youtube.
Aquí hay uno que se dio en UC Berkeley:

Permítanme presentarles la máquina de tomografía de emisiones de posición.

Esta es una forma de exploración médica que utiliza la descomposición del material radiactivo para crear las versiones antimateria de los electrones. Estas partículas de antimateria se detectan y se puede obtener una imagen precisa del cuerpo.

Tomografía por emisión de positrones – Wikipedia