2. Neutrino sau neutrinul este o particulă elementară neutră cu spinul
1/2, extrem de ușoară, totuși cu masa mai mare ca 0, ce participă doar în
procesele intermediate de interacțiunile slabe și gravitaționale. Neutrino este
un lepton. Simbolul său este litera greacă ν (n sau niu).
Existența acestuia a fost postulată de fizicianul Wolfgang Pauli în
1930.
Pauli a postulat în 1930 necesitatea existenței unei particule pentru a
reda unele caracteristici observate la dezintegrarea a neutronilor care puneau
sub semnul întrebării legile de conservare a energiei și momentului cinetic.
La Congresul Solvay din 1933, Pauli a susținut că aceasta se explică prin
faptul că nucleul radioactiv ar emite în același timp cu electronul și o altă
particulă care, la sugestia lui Enrico Fermi, a obținut numele de neutrino,
ceea ce înseamnă în italiană "micul neutron".
NEUTRINO SI ANTINEUTRINO
3. Pe cale experimentală, neutrinul și antiparticula asociată, antineutrin ,
au fost puse în evidență în 1956 de către Tsung-Dao Lee și Chen Ning Yang.
Sunt cunoscute trei tipuri de neutrino:
cel electronic, νe
cel miuonic, numit și neutrino miu (μ), νμ
cel tauonic, numit și neutrino tau (τ), ντ.
Fiecare neutrino, la interacțiunea cu alte particule, se poate transforma
numai în leptonul asociat.
Neutrinii sunt la fel de răspândiți în Univers ca și fotonii și sunt creați
în: dezintegrarea beta, captura electronilor și cea a miuonilor, la dezintegrarea
particulelor elementare. Totuși, proprietatea specifică a neutrinului este
interacțiunea sa deosebit de slabă cu materia: este cea mai slabă interacțiune din
toate interacțiunile cunoscute ale fizicii nucleare. De aceea, deși este foarte
răspândit, detectarea neutrinului este extrem de dificilă, el putând să străbată
prin toate corpurile „normale” (cum ar fi o macromoleculă, un obiect metalic,
corpul omenesc, soarele, norii cosmici intergalactici), dar fără a interacționa cu
acestea și fără a întâmpina vreo piedică.
NEUTRINO SI ANTINEUTRINO
4. MATERIA
Materia (lat. materia = stofă, substanță) este un termen
general pentru toate elementele care ne înconjoară și din care
suntem alcătuiți și noi. Din punctul de vedere al fizici, materia
este sub formă de substanță sau câmp.
Trăsăturile caracteristice care definesc materia sunt: masa,
necesarul de spațiu, structura internă și energia termică internă a
materiei:
T=temperatura absolută; m=masa c=capacitatea specifică termică
(Ridicarea temperaturii determină creșterea energiei cinetice
moleculare).
Materia este compusă din particule divizibile ca atomi, care
se grupează formând molecule. Atomii la rândul lor sunt alcătuiți
din protoni, neutroni și electroni numite și particule elementare
care sunt frecvent numite materie.
5. Proprietățile materiei sunt:
Masa în sistemul SI este kilogramul, fiind determinat de forța
de gravitație
Volumul este mărimea locului ocupat în spațiu fiind exprimat
de ex. în m3
Structură exprimă felul construcției unui sistem de ex.
structura cristalină
Cantitate în sistemul SI unitatea cantității în chimie este
molul
Energie calorică este o mărime ce depinde de natura materiei
MATERIA
6. Antimaterie este termenul folosit pentru definirea opusului materiei
formate din protoni, neutroni și electroni. În același fel în care termenul zi
definește atât perioada de 12 ore de lumină, cât și perioada de 24 de ore care
include noaptea, termenul materie este folosit pentru definirea atât opusului
antimateriei cât și totalitatea de materie și antimaterie existentă în univers.
Antimateria este formată din antiparticule. Dacă atomii din care se compun
obiectele folosite de oameni sunt alcătuiți din protoni, electroni și neutroni, așa-
zișii anti-atomi vor fi formați din antiprotoni, antielectroni (pozitroni) și
antineutroni. Antiparticula diferă de particulă prin faptul că are o sarcină opusă
particulei, dar are masa egală cu aceasta. Dacă o particulă intră în coliziune cu
antiparticula sa, cele doua se anihilează, emițând raze gamma, fotoni de înaltă
energie. În 1928, Paul Dirac a intuit existența antimateriei.
Când materia și antimateria se întâlnesc, acestea reacționează violent.
Materia și antimateria dispar (se anihilează), lăsând în urma lor o formă de
energie, stabilizată de obicei ulterior ca foton de înaltă energie ( raze gamma). O
scrutare de pe Pământ a radiației cosmice ar putea ajuta la detectarea unor
asemenea raze și deci la identificarea unei zone de graniță între un tărâm de
materie și unul de antimaterie. Deoarece încă nu s-a descoperit acest tip de
radiație în intensități mari, încă nu s-au descoperit zone din Univers formate
majoritar din antimaterie.
ANTIMATERIA
7. Conform oamenilor de știință, la formarea universului au fost create
două cantități egale de materie și antimaterie. Ar fi trebuit, deci ca cele două
cantități să se anihileze reciproc. Datorită unui fapt încă necunoscut, acest lucru
nu s-a întâmplat, iar cantitatea de antimaterie în univers este în prezent foarte
redusă.
La o secundă după Big Bang, când temperatura era de ordinul zecilor de
miliarde de grade Kelvin, universul conținea în cea mai mare parte fotoni,
electroni și neutrini, precum și antiparticulele lor, dar și protoni și neutroni, în
cantități mai reduse. Materia și antimateria au coexistat deci fără să se anihileze
la puțin timp după Big Bang.
În universul timpuriu exista un echilibru între perechile de electroni și
pozitroni care se ciocneau pentru a crea fotoni și procesul invers. Ele se anihilau
continuu generând lumină din care se forma, din nou, materie și antimaterie.
Aceste fenomene – de creare de materie și antimaterie pornind de la lumină, și
de anihilare generatoare de lumină – sunt observabile în laboratoarele de fizică
nucleară.
ANTIMATERIA
8. În acea primă secundă după Big Bang, cantitățile de materie
și antimaterie au fost aproximativ egale, cu o diferență foarte mică.
Această diferență a fost în favoarea materiei obișnuite. Datorită
răcirii care a survenit în urma expansiunii universului, materia și
antimateria s-au anihilat fără a se mai reconstitui.
Pe măsură ce temperatura universului a scăzut, echilibrul s-a
modificat deci în favoarea producerii de fotoni. În cele din urmă,
cei mai mulți electroni și pozitroni din univers s-au anihilat, lăsând
numai relativ puțini electroni prezenți azi. Totul dispare, în afara
unei mici cantități de materie. Acest rest rezultă din infima
superioritate numerică a materiei. El constituie întreaga materie pe
care o cunoaștem și universul vizibil de astăzi – galaxii, roiuri și
super-roiuri de galaxii.
ANTIMATERIA
9. Se pune urmatoarea intrebare: De ce la inceputurile Creatiei a ramas o
parte de materie NEANIHILATA de antimateria sa? Unde este toata antimateria
care se presupune ca ar fi trebuit sa rezulte din reactiile care au existat la
inceputurile universului cunoscut? De ce nu s-au anihilat reciproc si perfect
simetric materia cu antimateria cand universul pe care il vedem azi era in formare?
Fenomenul este pus pe seama existentei unei asimetrii in conditiile
extreme de la inceputurile formarii universului cunoscut. S-a emis ipoteza ca
pentru fiecare 10 miliarde de particule anihilate de antiparticulele lor, o
particula a supravietuit anihilarii. Desi procentul pare infim, a fost suficient
pentru a creea toata materia pe care o vedem ca exista azi in cadrul universului
observabil.
ANTIMATERIE
10. Sunt multe teorii care incearca sa explice asimetria. Una
dintre cele mai interesante este numita bariogeneza electroslaba.
Aceasta explicatie are legatura cu faptul ca in perioadele incipiente ale
Universului cunoscut azi, datorita temperaturilor incomensurabil de
mari, forta nucleara slaba si forta electromagnetica erau unificate intr-
o forta nediferentiata care, pe masura ce universul se racea, se
desfacea si incepea sa se manifeste tot mai mult sub forma celor doua
forte elementare individuale cunoscute azi. In cadrul acestui proces,
chiar si fenomenele cunoscute si atestate in prezent de fizica
particulelor elementare (legile fizicii cuantice) permiteau existenta
unor derogari de la ceea ce observam ca se intampla in sfera
transformarilor energie-materie din nucleele stelare si galactice:
existenta unei asimetrii nemaintalnite, pe o perioada de timp suficient
de mare incat sa permita nasterea unui nucleu stabil de materie din
care mai apoi sa poata evolua intregul univers.
ANTIMATERIA
11. Obținerea antimateriei în laborator
Astrofizicienii confirmă că nu există antimaterie în cantități
semnificative în sistemul solar, printre stelele Galaxiei, și nici în galaxiile
vecine. În ceea ce privește o posibilă existență a unor anti-galaxii la
distanțe foarte îndepărtate, nu se poate afirma nimic.
Antimateria poate fi produsă pe Pământ:
în acceleratoare de particule, fie prin ciocnirea unor fascicule de
particule subatomice cu ținte fixe, sau cu alte fascicule de particule,
fie prin ciocnirea materiei și antimaterie (protoni cu antiprotoni sau
electroni cu pozitroni);
prin descompuneri radioactive de nuclee atomice. Un astfel de nucleu
este folosit pentru tehnica de imagistică medicală denumită scanare
PET sau tomografie cu emisie de pozitroni;
când particule cosmice de înaltă energie (asemenea celor provenind de
la Soare care se numesc vânt solar) se lovesc de nuclee din atmosfera
Pământului. Ele se anihilează foarte repede cu particulele de materie
din jurul lor, rezultând noi particule sau lumină.
ANTIMATERIA
12. Unde există antimaterie?
În afara unor regiuni ale Universului aparţinând unor galaxii
îndepărtate, zone în care oamenii de ştiinţă presupun că au localizat
antimaterie, pe Terra antiparticulele pot fi produse şi studiate în
acceleratoarele de particule cum sunt cele de la CERN, din Elveţia.
Antiparticula corespunzătoare electronului, pozitronul, ne este destul
de la îndemână. Are aceeaşi masă ca şi electronul, numai că este
încărcat pozitiv din punct de vedere electric. Producerea de pozitroni
presupune fie folosirea unor acceleratoare de particule de dimensiuni
relativ mici, în cadrul cărora, atunci când particulele elementare sunt
accelerate la viteze apropiate de viteza luminii, se generează pozitroni
în urma ciocnirilor care se petrec, fie generarea pe cale artificială a
unor izotopi radioactivi care emit pozitroni în momentul în care suferă
procesul de descompunere de tip beta-plus (asemenea compuşi chimici
sunt folosiţi şi în cadrul tomografului cu emisie de pozitroni). Când un
pozitron întâlneşte un electron, cele 2 particule se anihilează,
rezultând astfel energie sub formă de radiaţie de tip gama.
ANTIMATERIA
13. Se poate folosi antimateria pentru a construi bombe, pentru
propulsia vehiculelor spaţiale sau pentru a genera energie ?
Filmele de anticipaţie propun metode de propulsie în spaţiul
cosmic bazate pe reacţia dintre materie şi antimaterie. Teoretic este
posibil dar nu este un scenariu realist, cel puţin nu în viitorul
apropiat. Pentru a realiza aşa ceva ar fi nevoie de cantităţi enorme de
antimaterie, imposibil de găsit sau produs pe cale experimentală aici,
pe Pământ. Procedura de obţinere a antimateriei este extrem de
costisitoare şi mai există şi impedimentul generat de anihilarea foarte
rapidă a antiparticulelor la contactul cu particulele de materie
obişnuită. Acceleratoarele de particule existente au generat până acum
pozitroni în cantităţi de ordinul nanogramelor. Costurile sunt atât de
ridicate că ar fi nevoie de resurse financiare comparabile cu Produsul
Intern Brut al Statelor Unite ale Americii de la nivelul anului 2004
pentru a produce un gram de antimaterie.
ANTIMATERIA
14. Cercetări în domeniu
În august 2000, laboratoarele CERN din Geneva, Elveția au finalizat
construcția unei "fabrici de antimaterie". Scopul acesteia este de a crea atomi de
antihidrogen. Problema este că acești atomi, odată sintetizați, se pot anihila
intrând în contact cu materie. Această problemă ar putea fi rezolvată cu ajutorul
unor "capcane" magnetice în vacuum, așa-zisele capcane Penning, care să
prevină asemenea coliziuni.
ANTIMATERIA
S-au detectat mici cantități de antimaterie într-o
zonă de Univers dominată de departe de materie. Antimateria
se întâlnește foarte ușor cu materia care o înconjoară, cu care
se anihilează, rezultând raze gamma. Această lumină a fost
detectată încă din 1978 ca provenind din centrul galaxiei
noastre. Cercetările au continuat și acum fizicienii propun un
mecanism pentru a explica apariția acestei antimaterii.
Aceasta antimaterie există pentru foarte scurt timp, lovindu-
se repede de materie și anihilându-se. Observarea acestei
lumini a permis astronomilor să detecteze prezența acestei
antimaterii
15. Posibile utilizări ale antimateriei
Rachetele, așa cum au evoluat până în prezent, pot transporta
oameni pe lună și există o posibilitate ca în viitor să se ajungă și pe alte
corpuri cerești apropiate. Însă pentru voiajul intre două sisteme solare,
propulsia chimică nu este suficientă. Pentru a ajunge la cea mai apropiată
stea folosind propulsia chimică, ar fi necesari 5 ani de călătorie continuă cu
o viteză comparabilă cu viteza luminii, și deci și o cantitate foarte mare de
combustibil.
Recent s-a descoperit că energia produsă de anihilarea unei cantități
mici de materie cu antimaterie, este cu mult mai mare decât cea produsă de
procesul chimic al combustiei. O cantitate minusculă de antimaterie
anihilată poate furniza foarte multă energie, conform ecuației celebre a lui
Albert Einstein, E = mc2, ceea ce îi sporește și valoarea financiară.
ANTIMATERIA
