-
CERN is de enige plek op aarde waar antimateriedeeltjes ontstaan door botsingen met hoge energie.
-
Zelfs een kleine hoeveelheid antimaterie kan een explosie veroorzaken die vergelijkbaar is met een atoombom.
-
Gelukkig is er lang niet genoeg geld of tijd om genoeg antimaterie te maken voor dit soort bom.
CERN is het grootste laboratorium voor deeltjesfysica op aarde. Zijn antimateriefabriek ziet er van buiten bescheiden uit en is niet de plek om naar het meest explosieve materiaal in het universum te zoeken.
Antimaterie bestaat uit elementaire deeltjes die identiek zijn aan normale materie, behalve met de tegenovergestelde elektrische lading. Wanneer de twee met elkaar in contact komen, vernietigen ze en veranderen ze in energie. Slechts één gram antimaterie kan een explosie veroorzaken die vergelijkbaar is met een atoombom.
Bronnen: WordsSideKick.com, Symmetry
In theorie creëerde de oerknal gelijke hoeveelheden materie en antimaterie, wat ertoe zou moeten leiden dat beide soorten materie elkaar volledig vernietigen. Maar we leven in een universum dat bijna volledig uit normale materie bestaat.
Bron: Brookhaven Nationaal Laboratorium
In de antimateriefabriek van CERN creëren natuurkundigen antiprotonen en antiwaterstof om hun eigenschappen te bestuderen en fundamentele vragen te helpen beantwoorden over de oorsprong van het universum en waarom we überhaupt bestaan.
Om antimateriedeeltjes te maken, beginnen natuurkundigen met deze proton-synchrotron-booster, die hier wordt weergegeven, die een versnelde straal van ongeveer 10 biljoen reguliere protonen naar de proton-synchrotron levert.
Bron: CERN, Google
De proton-synchrotron versnelt de straal verder in zijn baan van 628 meter, zoals hier weergegeven, en verbrijzelt hem in een blok dat voornamelijk bestaat uit het chemische element iridium. De protonenbundel interageert met het iridium en produceert ongeveer vier antiprotonen voor elke miljoenste botsing. Maar deze antimateriedeeltjes hebben nog een lange weg te gaan.
Bron: CERN
De energetische, chaotisch bewegende antiprotonen worden vervolgens in de antiproton-retarder gevoerd, die krachtige magneten gebruikt, hier in blauw weergegeven, om de antiprotonen te vertragen en rond de ring van de antiproton-retarder te leiden.
Bron: CERN
De antiprotonen gaan dan quadrupoolmagneten binnen, zoals de rode hier afgebeeld, die ze samenknijpen tegen hun natuurlijke drang om af te stoten.
Bron: CERN
De hier getoonde antiprotonring met extra lage energie vermindert de snelheid van antiprotonen – tot ongeveer 1,5% van de lichtsnelheid – waardoor natuurkundigen de antimateriedeeltjes kunnen vangen.
Bron: CERN
Een van de laatste stadia van de productie van antimaterie is een vacuüm, anders zou alle antimaterie worden vernietigd wanneer deze in contact komt met normale materie. Dit gedeelte van de vacuümkamer wordt verwarmd tot ongeveer 250°C (482°F) om gas en waterdamp te verwijderen, waardoor een bijna perfect vacuüm ontstaat in het midden van de kamer.
Bron: natuurkundige en antimaterie-expert bij CERN, Sameed Muhammed
Een manometer bewaakt de vacuümomstandigheden om ontmoetingen tussen materie en antimaterie te voorkomen. Maar zelfs als er zo’n ontmoeting zou zijn, produceren deze experimenten zulke kleine hoeveelheden dat het 10 biljoen jaar zou kosten om slechts 0,25 gram antimaterie te produceren, de hoeveelheid die nodig is voor een theoretische “antimateriebom”.
Bron: Sameed Mohammed
Penning traps, zoals hier getoond, worden gekoeld tot bijna het absolute nulpunt en gebruiken een extreem vacuüm en elektromagnetisch veld om antiprotonen en anti-elektronen – de bouwstenen van antiwaterstof – te vangen.
Bron: wetenschap
Penning traps bevatten ultradunne folies, ongeveer 1,5 micron dik, die de antiprotonen die door de ELENA-ring worden verzonden verder vertragen en vangen. Voordat ELENA in 2018 werd geïnstalleerd om antiprotonen nog meer te vertragen, ving CERN minder dan 1% van de geproduceerde antiprotonen op. Nu vangt het tot 70% op.
Bronnen: CERN, Sameed Muhammad
Nadat ELENA ze vertraagt, vinden Antiprotons hun weg naar verschillende experimenten in de Antimateriefabriek. Het AEGIS-experiment maakt bijvoorbeeld gebruik van de hier getoonde anti-waterstofproductieval, met krachtige magneten aan elke kant die antimaterie vangen. Natuurkundigen observeren vervolgens het effect van de zwaartekracht erop.
Bron: CERN
Een ander experiment, ASACUSA genaamd, test de theorie dat antiprotonen dezelfde massa hebben als normale protonen volgens de CPT-stelling (lading, pariteit en tijdomkeringsymmetrie).
Bronnen: CERN, Universiteit van Oxford
In de ALPHA-experimentele zone helpen supergeleidende magneten gevuld met vloeibaar helium om antideeltjes te vangen. In 2011 sloeg het Alpha-experiment op CERN met succes 309 antiwaterstofatomen op, waarbij sommige atomen bijna 17 minuten vastzaten, “wat is voor altijd”, beschreef een natuurkundige destijds.
Bronnen: CERN, UC Berkeley
Antimaterie is echter extreem duur en inefficiënt om te produceren. Naar schatting zou het 62,5 biljoen dollar kosten om één gram antimaterie te produceren. Dat is de reden waarom CERN zo’n beperkte hoeveelheid heeft gemaakt – in totaal minder dan 10 nanogram – sinds het in 1995 begon met de productie van antimaterie.
Bronnen: NASA, CERN
Sameed Muhammed, een natuurkundige die werkt aan de productie van antimaterie bij CERN, hielp bij het verkrijgen van foto’s en informatie in dit verhaal.
Lees het originele artikel op Business Insider