A presentation concerning Antimatter, Dark matter and Negative matter.

1. Antimatter may matter… Τι
είναι η αντιύλη;
ΝεκτάριοςΨυλλάκης
Μάριος Σιμόπουλος
Γιώργος Κόντης
Φυσική στις βιολογικές επιστήμες

2. Αντιύλη

3. Big Bang
• Δημιουργία ίσης ποσότητας ύλης – αντιύλης.
• Εξαΰλωση και απελευθέρωση τεράστιων
ποσών ενέργειας.
• Αλλαγή ισορροπιών με αποτέλεσμα την
τελική επικράτηση της ύλης.
NASA / WMAP Science Team

4. Θεωρία Καονίων - Άντικαονίων
Καόνια
(ύλη)
Αντικαόνια
(αντιύλη)
Αντικαόνια
(αντιύλη)
Καόνια
(ύλη)

5. Ορισμός
Αντισωματίδιο
 Έχει την ίδια μάζα
ηρεμίας με το
αντίστοιχο σωματίδιο
αλλά αντίθετο φορτίο
και μαγνητική ορμή.
Αντιύλη
 Η αντιύλη είναι η
μορφή της ύλης που
αποτελείται από τα
αντισωματίδια των
σωματιδίων που
συγκροτούν την
συνήθη ύλη.

6. Dirac
• Το 1928 επαναδιατύπωσε την εξίσωση του Einstein
για την σχετική μάζα ενός κινούμενου σωματιδίου.
• Η εξίσωση αυτή προέβλεπε την ύπαρξη ενός νέου
σωματιδίου με ιδιότητες ίσες και αντίθετες του e.
E= ± (⃗pc)
2
+ 𝑚2 𝑐4
MLA style: Paul A.M. Dirac – Facts.
NobelPrize.org. Nobel Media AB 2018. Mon.
12 Nov 2018.
<https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1
933/dirac/facts/>

7. Anderson
• Το 1932 ανακάλυψε πειραματικά το αντιηλεκτρόνιο (𝑒+
) την
ύπαρξη του οποίου είχε προβλέψει θεωρητικά ο Dirac.
MLA style: Carl D. Anderson – Facts.
NobelPrize.org. Nobel Media AB
2018. Mon. 12 Nov 2018.
<https://www.nobelprize.org/prizes/
physics/1936/anderson/facts/>
• Η παρατήρηση
έγινε με την
μέθοδο της
θαλάμου
νέφωσης.
(This annotated version is taken from my book Now: The Physics of Time.)

8. Πεδίο κβαντικής ηλεκτροδυναμικής εκείνη την εποχή:
Frances Cole Jones

9. Feynman
• Το 1948 δημιούργησε τα διαγράμματα Feynman.
• Η χρησιμότητά τους αποδεικνύεται από την
ευρεία χρήση τους σε τομείς όπως: πυρηνική,
σωματιδιακή και βαρυτική φυσική.
MLA style: Richard P. Feynman –
Biographical. NobelPrize.org. Nobel
Media AB 2018. Mon. 12 Nov 2018.
<https://www.nobelprize.org/prizes/
physics/1965/feynman/biographical/
>
Article
Title:Feynman
diagram
Publisher:Encyclop
ædia Britannica, inc.

10. Δομή της ύλης
Σωματίδια
Αδρόνια
ΒαρυόνιαΜεσόνια
Λεπτόνια
Κουάρκς
Νετρίνο
Φορτισμένα

11. Quarks
Antonine Education Website
6
γεύσεις
6
γεύσεις
Αυξανόμενη μάζα

12. Λεπτόνια
Antonine Education Website
-1
0
+1
0
Ηλ. Φορτίο
Αυξανόμενη μάζα

13. blue
green
Χρωματικό φορτίο
anti-
green
anti-
red
anti-
blue
anti-
blue
anti-red
anti-
greenred
redblue
green
red anti-red
3 χρωματικές
καταστάσεις:
3 αντίθετες
χρωματικές
καταστάσεις
Οι παρακάτω συνδυασμοί
δίνουν συνολικό
χρωματικό φορτίο:
(Για βαρυόνια)
(Για αντι-βαρυόνια)
(Για μεσόνια)

14. Αλληλεπίδραση Ύλης - Αντιύλης
Αδύνατη η συνύπαρξη των δύο καθώς:
Ύλη
Αντιύλη
Αλληλεπίδραση Εξαΰλωση Παραγωγή
ακτινοβολίας

15. Αντιύλη στη φύση
▪ Μικρές ποσότητες αντιύλης πέφτουν στην Γη με τη
μορφή κοσμικών ακτινών
▪ Γενικότερα από την σχάση ραδιενεργών πυρήνων
– Τα σώματά μας περιέχουν Κ-40 (ισότοπο του Κ-19) το
οποίο εκπέμπει 𝑒+
.
– Η μπανάνες απελευθερώνουν ένα κάθε 75 λεπτά λόγω
του Κ-40 που περιέχουν και αυτές.

16. Εργαστηριακή μελέτη αντιύλης
Παγίδα penning
▪ Χρησιμοποιεί:
 ισχυρό ομοιογενές αξονικό
μαγνητικό πεδίο
 Στατικό ηλεκτρικό δυναμικό
 Χρησιμοποιείται για την
αποθήκευση φορτισμένων
αντισωματιδίων
Dhdpla at English Wikipedia

17. Εργαστηριακή μελέτη αντιύλης
Παγίδα ioffe
• Χρησιμοποιεί ισχυρό μαγνητικό
πεδίο ( αλληλοεπιδρά με την
μαγνητική ροπή των
αντισωματιδίων)
• Αποθήκευση μη φορτισμένων
αντισωματιδίων RF Controllable Ioffe-Pritchard Trap
Guennadi A. Kouzaev
K. J. Sand

18. PET Scan
PET = Positron EmissionTomography
Μέθοδος μοριακής
απεικόνισης που
βασίζεται στα εξής
φυσικά φαινόμενα:
Φαινόμενο
Ραδιενέργειας β+
Φαινόμενο
Εξαΰλωσης

19. Ογκολογία
Patient with ovarian carcinoma and
metastases to retroperitoneum and
right iliac lymph nodes, which resulted in
right sided kidney obstruction.
BocaRadiologyGroup
• Διάγνωση
μορφών
καρκίνου
• Απεικόνιση
όγκων
• Αντικαρκινική
θεραπεία
• Αναζήτηση
μεταστάσεων
• Εκτίμηση
επανεμφάνισης
μορφής
καρκίνου

20. Νευρολογία
• Χαρτογράφηση
ανθρώπινου
εγκεφάλου • Έλεγχος
κατάστασης
μετά από
εγκεφαλικό
επεισόδιο
• Συμβολή στην
αντιμετώπιση
Alzheimer

21. Καρδιολογία
Cardiovascular System L- 3 Physiology of the
Heart and Blood Circulation Dr Than Kyaw 20 Feb
2012
18F-FDG PET/CT in
sarcoidosis
management: Review
and report of 20 cases
• Διάγνωση
στεφανιαίας
νόσου
• Ανίχνευση επιτυχίας
καρδιοχειρουργικής
επέμβασης

22. Σκοτεινή ύλη

23. Σκοτεινή Ύλη
Η σκοτεινή ύλη είναι
‘κυριολεκτικά’
παντού γύρω μας,
δημιουργώντας ένα
τεράστιο ιστό ύλης
που περιλαμβάνει
οτιδήποτε μπορούμε
να δούμε και μη.
Στιγμιότυπο από ένα νέο υπολογιστικό μοντέλο που
δείχνει την πανταχού παρούσα κατανομή της σκοτεινής
ύλης σε όλο το Σύμπαν. Οι πιο φωτεινές περιοχές είναι
αυτές με μεγάλη πυκνότητα σκοτεινής ύλης
physics4u/
σκοτεινή ύλη

24. Κατανομή Υλοενέργειας
22%
4,5%
73,5%
ΣκοτεινήΎλη Ύλη Σκοτεινή Ενέργεια

25. Κατανομή της Ύλης
15%
85%
ΟρατήΎλη ΣκοτεινήΎλη

26. Ιδιότητες
1. Είναι
ουδέτερη και
σκοτεινή:
Δεν αλληλοεπιδρά με
ηλεκτρομαγνητικά
κύματα.
2. Είναι
σταθερή:
Έχει μέσω
προσδόκιμο
ζωής
μεγαλύτερο
από αυτό του
σύμπαντος.
3. Είναι ψυχρή:
Δεν κινείται σε
ταχύτητα
συγκρίσιμη με
αυτήν του φωτός.
Οι βασικές της ιδιότητες είναι τρείς:

27. Μελέτη σκοτεινής ύλης
▪ Είναι δύσκολο να μελετηθεί διότι:
Δεν αλληλοεπιδρά άμεσα με τίποτα, ούτε με τον ίδιο της τον
εαυτό
Το φως διασχίζει την σκοτεινή ύλη σχεδόν ανεπηρέαστο (το
καμπυλώνει)
Αλλά μπορεί να μελετηθεί καθώς:
Αλληλοεπιδρά με την βαρυονική ύλη μέσω της βαρυτικής
δύναμης

28. Η επιβεβαίωση της ύπαρξης
• HVera Rubin διαπίστωσε
πως ο γαλαξιακός μας
γείτονας, η Ανδρομέδα,
σύμφωνα με τις βαρυτικές
εξισώσεις θα έπρεπε να έχει
μάζα 7 φορές μεγαλύτερη!
• Έτσι προσθέτοντας στις
βαρυτικές και κινητικές
εξισώσεις και την σκοτεινή ύλη,
τα θεωρητικά αποτελέσματα
συμφωνούσαν πλέον με τις
πειραματικές μετρήσεις.
Κίνηση σύμφωνα με τις
μαθηματικές εξισώσεις
Πραγματική κίνηση

29. Αρνητική ύλη

30. Αρνητική ύλη
▪ Ανακαλύφθηκε πειραματικά 10
Απριλίου 2017
 Με παγίδα laser αντέστρεψαν το σπιν του
ατόμου του ρουβιδίου
Αρνητική μάζα είναι η
μάζα στην οποία αν
ασκήσουμε δύναμη τότε
αυτή επιταχύνεται σε
αντίθετη κατεύθυνση σε
σχέση με την κατεύθυνση
της ασκούμενης δύναμης
 Έτσι παρατηρήθηκαν οι ιδιότητες της
αρνητικής μάζας
 Πάγωσαν άτομα ρουβιδίου κοντά στο
απόλυτο 00C
 Δημιούργησαν ένα Bose-Einstein
συμπύκνωμα

31. Προσαρμογή Νευτώνειων τύπων
▪ Σ ⃗𝐹= (-m)a
• F= G
−𝑚 𝑀
𝑑2 αρνητική ύλη - ύλη
• F= G
−𝑚 (−𝑀)
𝑑2 αρνητική ύλη –
αρνητική ύλη
+m
-m -m
+m
Οι θετικές μάζες
έλκονται αμοιβαία
μεταξύ τους
Οι αρνητικές μάζες
απωθούνται
αμοιβαία μεταξύ
τους
Οι θετικές μάζες πάντα
έλκουν:
Οι αρνητικές μάζες
πάντα απωθούν:

32. Ερώτηση
-m +m
Προς ποια κατεύθυνση θα κινηθεί
κάθε μάζα;
a) +m αριστερά, -m αριστερά
b) +m αριστερά, -m δεξιά
c) +m δεξιά, -m αριστερά
d) +m δεξιά, -m δεξιά
Συνεχώς
επιταχυνόμενη κίνηση

33. Εφαρμογές
Νέες δυνατότητες
στην πυρηνική
σύντηξη
(πιθανά δυνατή
δημιουργία αρνητικής
μάζας ηρεμίας σε ιόντα)
Πιθανή στο μέλλον
αξιοποίηση του
αδρανειακού δίπολου
ως σύστημα προώθησης
Particles with
Negative Mass:
Production,
Properties and
Applications for
Nuclear Fusion and
Self-Acceleration The power of negative matter
By ROBERT FORWARD

34. Ευχαριστούμε πολύ για
το χρόνο σας!

35. Πηγές
1. Antimatter, CernAccelerating Science
(https://home.cern/science/physics/anti
matter)
2. M. A. Khamehchi, Khalid Hossain, M. E.
Mossman,Yongping, Zhang,Th. Busch,
Michael McNeil Forbes, and P. Engels,
Negative-Mass Hydrodynamics in a Spin-
Orbit–Coupled Bose-Einstein
Condensate, Phys. Rev. Lett., vol.
118(15), p. 155301, Apr 2017, doi
10.1103/PhysRevLett.118.155301
3. Antonine Education, Chapters: 6.
Particles and Anti-Particles
(https://www.antonine-
education.co.uk/Pages/Physics_1/Particles/PP06/partic
les_page_6.htm), 7. Classification of Particles
(https://www.antonine-
education.co.uk/Pages/Physics_1/Particles/PP07/partic
les_page_7.htm), 8. Classification of Particles
(https://www.antonine-
education.co.uk/Pages/Physics_1/Particles/PP08/partic
les_page_8.htm), 9. Classification of Particles
(https://www.antonine-
education.co.uk/Pages/Physics_1/Particles/PP09/partic
les_page_9.htm).

36. Πηγές
4. Science in School,The European
journal for science teachers by
Diana Kwon, page: 14-17, Issue: 42,
Winter 2017, ISSN: 1818-0353.
5. M.Tajmar, A. K.T. Assis, Particles with
Negative Mass: Production, Properties
and Applications for Nuclear Fusion and
Self-Acceleration, Paper published in
Journal ofAdvanced Physics,Vol. 4, pp.
77-82 (2015). DOI: 10.1166/jap.2015.1159.
6. Vera C. Rubin, W. Kent Ford, Rotation of
the Andromeda Nebula from a
Spectroscopic Survey of Emission
Regions,The Astrophysical Journal,Vol.
159, February 1970.
7. University ofWaterloo, science
waterloo, Particles and Antiparticles
(http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/
nuctek/particleanti.html).
8. What happened to antimatter?, Rolf
Landua,TED-Ed
(https://ed.ted.com/lessons/what-happened-to-
antimatter-rolf-landua).

37. Πηγές
9. Could we create dark matter?, Rolf Landua,
TED-Ed (https://ed.ted.com/lessons/could-
we-create-dark-matter-rolf-landua).
10. Jean Jacques Braun & Romain Kessler &
André Constantinesco & Alessio Imperiale,
18 F-FDG PET/CT in sarcoidosis
management: review and report of 20 cases,
Eur J Nucl Med Mol Imaging DOI
10.1007/s00259-008-0770-9 Received: 3
December 2007 / Accepted: 4 March 2008
11. Ελένη Καλδούδη, Χρήστος
Ελευθεριάδης, Physics of Life, 3.2Ύλη
και Αντιύλη
12. Τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων στην
κλινική έρευνα λεμφωμάτων, Βασίλειος
Πρασόπουλος (πυρηνικός ιατρός),Υγεία,
Ιούνιος 2007
(https://www.hygeia.gr/tomografia-
ekpompis-pozitronion-stin-kliniki-ereyna-
lemfomaton/).
13. Κωνσταντίνος Νταλιάνης,
Κωνσταντίνος Γώγος, Γεώργιος
Κόλλιας,Τομογραφία εκπομπής
ποζιτρονίων:Οι φυσικές αρχές,
Ιατρικά Ανάλεκτα,Τόμος Γ’,Τεύχος 25,
Έτος 2015.

38. Πηγές
14. Ε. Καλδούδη, Διαλέξεις Προπτυχιακού
Μαθήματος “Φυσική στις Βιολογικές
Επιστήμες”,Τμήμα Μοριακής Βιολογίας
και Γενετικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο
Θράκης, Αλεξανδρούπολη, 2018
15. Brain PET Scan, Medline Plus
(https://medlineplus.gov/ency/article/007341.htm).
16. Dark energy, Dark matter, NASA SCIENCE
(https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-
areas/what-is-dark-energy).
17. Ι. Κανδαράκη, Δ. Κάβουρα,Τομογραφία εκπομπής
ποζιτρονίων,Τεχνολογικά Χρονικά, Τριμηναία
Έκδοση τουΤ.Ε.Ι.Αθήνας Φεβρουαρίου – Μαρτίου
- Απριλίου 2006.
18. Physics and Feynman’s Diagrams, David Kaiser,
American Scientist,Volume 93 March – April 2006,
page 156 – 165.
19. Physics4u, Η σκοτεινή ύλη
διαποτίζει όλο το σύμπαν
(http://physics4u.gr/blog/2018/11/01/%CE%B7-
%CF%83%CE%BA%CE%BF%CF%84%CE%B5%CE
%B9%CE%BD%CE%AE-
%CF%8D%CE%BB%CE%B7-
%CE%B4%CE%B9%CE%B1%CF%80%CE%BF%CF
%84%CE%AF%CE%B6%CE%B5%CE%B9-
%CF%8C%CE%BB%CE%BF-%CF%84%CE%BF-
%CF%83%CF%8D%CE%BC%CF%80%CE%B1/)

39. Πηγές
20. Πριόβουλος Νικόλαος, Γενετική
απεικόνιση και η νόσος του αλτσχάιμερ,
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνίο, Ιούλιος
2013, Σελ: 36 – 37.
21. Nuclear Medicine, What is positron
emission tomography, National Institute
of Biomedical Imaging and
Bioengineering, July 2016
22. Cómo sabemos lo (poco) que sabemos
de la materia oscura, por Javier
Coronado, en el Blog de Madri+d,
Instituto de fisica teorica UAM-CSIC, 19
January 2018, Javier Coronado Blázquez
(https://www.ift.uam-
csic.es/es/news/c%C3%B3mo-sabemos-
lo-poco-que-sabemos-de-la-materia-
oscura-por-javier-coronado-en-el-blog-
de-madrid ).