Gegenwärtig können wir Antimaterie nur durch Kollisionen mit hoher Energie erzeugen. Aus der bei diesen Kollisionen erzeugten Energie entsteht neue Materie und einige davon sind Antimaterieteilchen wie Positronen, Antiprotonen usw.
Meine Frage ist, normale Materie und Antimaterie sind sich so ähnlich. Beide scheinen in gleicher Weise auf die fundamentalen Kräfte zu reagieren. Ist es vorstellbar, dass wir einen Weg finden könnten, Materie durch eine Niedrigenergietechnik in „Antimaterie“ umzuwandeln? Finden Sie zB einen Weg, ein paar "Quantenschalter" zu betätigen und voila, Ihr Proton ist jetzt ein Anti-Proton, bereit für die Vernichtung und grenzenlose Energie für die Menschheit!
Würden wir viele grundlegende Gesetze der Physik brechen, wenn sich herausstellen würde, dass dies möglich wäre (dh sollte ich jetzt aufgeben)?
Sie würden gegen alle bekannten Erkenntnisse der Teilchenphysik verstoßen.
Teilchen und Antiteilchen unterscheiden sich durch Quantenzahlen, die im Standardmodell unveränderlich sind, dh es gibt strenge Erhaltungssätze oder Erhaltungssätze für Wechselwirkungen, deren Gültigkeit immer wieder nachgewiesen wurde.
Kein solcher Schalter kann herauskommen, also gib auf oder schreibe Science-Fiction,
Wie gleich zu Beginn von Manishearth betont wurde, ist die Erhaltung der elektrischen Ladung wahrscheinlich die schwerwiegendste Einschränkung. Zu erwarten, dass sich das Proton in ein Antiproton verwandelt, ist also ziemlich hoffnungslos. Im Standardmodell der Teilchenphysik bleibt die Baryonenzahl jedoch nicht exakt erhalten. Genauer gesagt ist es eine Symmetrie der klassischen Theorie, die jedoch durch die quantenchirale Anomalie verletzt wird . Sie können sich das Baryon (z. B. Neutron) und das entsprechende Antibaryon als zwei Minima eines Potentials mit derselben Energie vorstellen, die jedoch durch eine Barriere getrennt sind. Damit sich das Baryon in das Antibaryon verwandeln kann, muss es durch die Barriere tunneln. Die Tunnelrate ist sehr gering . (Bei Nulltemperatur wird es unterdrückt als Wo ist umgekehrt proportional zur elektroschwachen Kopplung und größer als 100.) Schlechte Nachrichten.
Jetzt ein bisschen theoretischer Rummel. Sie haben nach der Umwandlung von Materie in Antimaterie als energiearmen Prozess gefragt. Aus Sicht der Effektivfeldtheorie muss ein solcher Prozess unbedingt stark unterdrückt werden. Entweder geht es über die oben erwähnte elektroschwache Anomalie weiter oder es verwendet eine neue, unbekannte Physik. Es geht nicht anders, da das Standardmodell in Collider-Experimenten sehr gut getestet ist. Jedes Mal, wenn neue Physik involviert ist, wird die Wahrscheinlichkeit für Prozesse, die sie vermittelt, durch eine gewisse Potenz von unterdrückt Wo ist die niedrige Energie und die Massenskala der neuen Physik. Aktuelle experimentelle Grenzen für neue Physik, die gegen die Erhaltungsgesetze des Standardmodells verstoßen, wie z. B. die Erhaltung der Baryonen- oder Leptonenzahl, sind sehr streng und machen den möglichen Maßstab aus sehr hoch. Insbesondere wenn die Baryonenzahl durch eine neue Physik verletzt würde, würde dies zu einem Zerfall des Protons in leichtere Teilchen führen. Dies wurde bisher nicht beobachtet, und um zu verstehen, wie unwahrscheinlich es ist, beachten Sie, dass die experimentelle Untergrenze der Protonenlebensdauer derzeit einige beträgt Jahre.
Kurze Antwort: Geben Sie jetzt auf. Die Erhaltung der Baryonenzahl, der Leptonenzahl, der Fremdheit, des Charmes, der Tiefe und vor allem der Ladung erschweren Ihre Arbeit.
Lange Antwort: Ich ignoriere von Zeit zu Zeit Probleme mit der Ladungserhaltung; da es keinen Spaß macht, wenn Sie das berücksichtigen
Nun, keine Baryonen oder Leptonen. Und wir haben auch Ladungserhaltung im Weg.
Wir haben die Erhaltung der Baryonenzahl , die für Teilchen-Antiteilchen-Paare entgegengesetzte Werte hat. Die einzige Möglichkeit, ein Baryon in sein Antibaryon umzuwandeln, wäre, es mit einem anderen Antibaryon mit der (negativen) doppelten Baryonenzahl (und auch der doppelten negativen Ladung) zu bombardieren. Und das würde Energie erfordern (um das Antibaryon zu erzeugen).
Für Leptonen haben wir die Erhaltung der Leptonzahlen . Ich bezweifle, dass es eine Reaktion gibt, bei der ein Lepton zu einem Antilepton wird, da Leptonen nur eine Leptonenzahl haben können , und Partikelreaktionen beinhalten zwei Reaktanten (IIRC). Ich denke hier nicht an Neutrinooszillationen; Sie machen es möglich, solche Dinge zu tun. Das einzige natürlich vorkommende Neutrino ist das Elektron (vielleicht nicht natürlich vorkommend, aber leicht passiv zu erzeugen); Leider hat es eine sehr niedrige Energie. Und die ganze Sache mit den Neutrino-Oszillationen wird immer noch diskutiert. Wie auch immer, Ihre Neutrinoquelle wäre eine Beta-zerfallende Substanz; und es gibt verschiedene, einfachere Wege, Energie daraus zu gewinnen.
Mesonen haben es leichter, obwohl es immer noch Einschränkungen gibt (Erhaltung von Charme, Topness, Bottomness). Aufgrund dieser Einschränkungen wären die einzig möglichen Umrechnungen für diese Mesonen (und ihre Antimesonen): . Letzteres befindet sich sowieso in einer Überlagerung mit seinem Antiteilchen, so dass wir insgesamt zwei Paare von Teilchen-Antiteilchen-Umwandlungsreaktionen erhalten.
(Ich bin mir nicht sicher, ob die Eichbosonen solche Reaktionen ausführen können)
Wie auch immer, die Antimaterie = grenzenlose Energie ist etwas ziemlich überbewertet. Hier drüben haben wir zwei mögliche Kandidaten. ist kein alltägliches Teilchen (weiß nicht, ob es überhaupt synthetisiert wurde; Top-Quarks sind ziemlich schwer zu erstellen, und Wikipedia hat keine Daten in seiner Mesonenliste) und ist sowieso ziemlich instabil. Sie müssten eine Menge Energie hineinpumpen, um es zu schaffen, und das macht den Zweck zunichte.
ist interessant, da es sich um ein gewöhnliches Teilchen in Kernen handelt. Aber es ist innen gebunden (nicht genau - es ist Teil des virtuellen Partikel-"Meeres", aber das macht es noch schlimmer) und zerfällt ziemlich schnell. Man müsste also das Atom zerlegen (ja, daraus würde man Energie gewinnen, aber nicht, wenn man es in Nukleonen zerlegt), ein Pi-Meson „einfangen“, es mit dem „Quantenschalter“ in ein Antiteilchen umwandeln ", und kollidieren Sie mit einem anderen Pi-Meson (alternativ können Sie ohne den "Quantenschalter" einfach ein entgegengesetztes Pi-Meson finden). Und das wird Ihnen im Vergleich zu Ihren Bemühungen eine winzige Menge Energie geben. Sie müssten auch einige entgegengesetzt geladene Teilchen liefern, um die Ladung zu erhalten. Komplizierter machen.
Also nein, es ist keine gute Energiequelle. Es funktioniert nicht für Protonen/Neutronen/Elektronen; es funktioniert nur für zwei Teilchen (eins mehr, wenn wir Neutrino-Oszillationen betrachten). Beides ist nicht machbar. Bleiben Sie bei Spaltung-Fusion.
Matt Lucham