Mìneachadh air Mataidh agus Frith-Mataidh
Pendahuuan
Ann an saoghal fiosaig, bheir na teirmean "matter" agus "antimatter" sinn gu rìoghachd dìomhaireachd agus iongnaidh anns a’ chruinne-cè. Tha an dà bhun-bheachd seo, ged a tha iad eadar-dhealaichte, dlùth-cheangailte agus a’ toirt buaidh air mar a thuigeas sinn diofar iongantasan cosmach. San artaigil seo, mìnichidh sinn dè a th’ ann an matter agus antimatter, mar a bhios iad ag eadar-obrachadh, agus carson a tha iad cho cudromach ann an cosmology an latha an-diugh.
Dè a th' ann an Cùis?
Is e stuth rud sam bith aig a bheil mais agus a tha a’ gabhail àite. Tha nithean mun cuairt oirnn, leithid bùird, cathraichean, beathaichean agus daoine, uile air an dèanamh suas de stuth. Gu bunaiteach, tha stuth air a dhèanamh suas de ghràineanan bunaiteach leithid protonan, neodronan agus dealanan, a bhios a’ tighinn còmhla gus dadaman a chruthachadh. Bidh na dadaman sin an uairsin a’ tighinn còmhla gus moileciuilean a chruthachadh, a bhios an uair sin a’ cruthachadh diofar choimeasgaidhean ceimigeach agus stuthan eile.
Gheibhear stuth ann an trì prìomh staidean: cruaidh, leaghan, agus gasach. Tha na staidean stuth seo an urra ri teòthachd agus cuideam na h-àrainneachd anns a bheil iad ann. A bharrachd air na staidean bunaiteach sin, tha cruthan eile ann cuideachd, leithid plasma, a lorgar fo chumhachan anabarrach, leithid taobh a-staigh rionnagan, a’ gabhail a-steach a’ Ghrian.
Dè a th' ann an anta-chùis?
’S e “càraid” stuth a th’ ann an antimatter le feartan cha mhòr co-ionann ach le cosgais mu choinneamh. Mar eisimpleir, ’s e positron an antiparticle de electron, aig a bheil cosgais dheimhinneach ach an aon mhais ri electron. San aon dòigh, tha cosgais àicheil aig antiproton ach an aon mhais ri proton cunbhalach.
Chaidh antimatter a ro-innse an toiseach le Paul Dirac ann an 1928 tro cho-aontar Dirac, a tha a’ cothlamadh meacanaig cuantamach le teòiridh coibhneas Einstein . Rinn Dirac ro-innse gum biodh mìrean ann le feartan a tha mu choinneamh feartan mìrean àbhaisteach. Chaidh dearbhadh deuchainneach nas fhaide air adhart le Carl Anderson ann an 1932 gum biodh am positron ann.
Eadar-obrachadh eadar Mataidh agus Antimatter
Nuair a choinnicheas stuth agus anta-stuth ri chèile, bidh iad a’ dol tro phròiseas ris an canar sgrios. Anns a’ phròiseas seo, bidh mìrean agus anta-mhìrean a’ sgrios a chèile, ag atharrachadh an cuid mais gu lùth, a rèir co-aontar ainmeil Einstein (E=mc2). Bidh an sgrios seo ag adhbhrachadh sgaoileadh ghathan gamma air leth lùthmhor.
Tha sgrios stuth agus anta-stuth na phròiseas air leth èifeachdach airson mais a thionndadh gu lùth. Tha e air mòran shuidheachaidhean ann am ficsean saidheans a bhrosnachadh, leithid bun-bheachd an draibh dlùth ann an Star Trek, a thathas a’ smaoineachadh a tha ag obair air a’ phrionnsapal seo. A dh’ aindeoin èifeachdas sgrios stuth agus anta-stuth, tha cinneasachadh agus stòradh meudan mòra de anta-stuth fhathast na dhùbhlan mòr san t-saoghal fhìor.
Anta-chùis anns a’ Cruinne-cè
An-dràsta, tha an cruinne-cè a chì sinn air a dhèanamh suas cha mhòr gu tur de stuth. Tha antimatter gu math tearc fo chumhachan nàdarra air an Talamh. Is e aon de na prìomh cheistean ann am fiosaig carson a tha cho mòr de neo-chothromachd eadar meudan stuth agus antimatter anns a’ chruinne-cè , ris an canar an duilgheadas “neo-chothromachd baryon”.
Tha teòiridh a’ Bhrag Mhòir ag ràdh gun deach stuth agus anta-stuth a chruthachadh ann an àireamhan cha mhòr co-ionnan aig àm breith na cruinne-cè. Ach, nam biodh stuth agus anta-stuth ann an àireamhan co-ionnan an toiseach, bhiodh iad air a chèile a sgrios, a’ fàgail a’ chosmos làn lùth neo-chruthach. Gu dearbh, cha do thachair seo, agus tha a’ mhòr-chuid den chruinne-cè làn stuth.
Is e aon teòiridh a chaidh a mholadh gus seo a mhìneachadh teòiridh Briseadh Co-ionannachd Cosgais (CP-violation). Tha CP-violation a’ moladh gum faod fiosaig mìrean uaireannan eadar-dhealachadh a dhèanamh eadar stuth agus antimatter. Chaidh an iongantas seo fhaicinn ann an deuchainnean le kaons agus B-mesons, ach chan eil e gu leòr airson mìneachadh a dhèanamh air an neo-chothromachd iomlan eadar stuth agus antimatter.
Cleachdaidhean agus deuchainnean le antimatter
Ged a tha e tearc, chaidh antimatter a thoirt gu buil ann an àireamhan beaga ann an deuchainn-lannan a’ cleachdadh luathaichean mìrean leithid an Large Hadron Collider (LHC) aig CERN. Bithear a’ cleachdadh an antimatter a thig às gu cumanta ann an diofar dheuchainnean saidheansail gus sgrùdadh a dhèanamh air feartan bunaiteach mìrean agus an eadar-obrachadh.
Is e aon chur an sàs practaigeach de antimatter ann an dòighean ìomhaighean meidigeach, leithid sganaidhean tomagrafaireachd sgaoilidh positron (PET). Ann an sganadh PET, thèid isotop rèidio-beò a bhios a’ dèanamh positrons a stealladh a-steach don bhodhaig. Nuair a choinnicheas na positrons ri dealanan ann an clò a’ chuirp, bidh iad a’ sgrios, a’ dèanamh paidhir de ghathan gamma a dh’ fhaodar a lorg gus dealbh a chruthachadh de ghnìomhachd metabolach a’ chuirp.
A bharrachd air sin, tha comas aig antimatter a bhith air a chleachdadh mar thùs lùtha cuideachd. Air sgàth an lùth mhòir a thèid a leigeil ma sgaoil rè sgrios, dh’ fhaodadh antimatter a bhith na ghoireas air leth èifeachdach nam biodh e comasach dèiligeadh ri a chinneasachadh agus a stòradh. Tha seo a’ fàgail antimatter na thagraiche comasach airson rannsachadh lùtha san àm ri teachd agus gluasad fànais.
Àm ri Teachd Rannsachadh air Stuthan agus Anta-stuthan
Chan e a-mhàin gu bheil sgrùdadh stuth agus anta-stuth deatamach airson ar tuigse air a’ chruinne-cè a leasachadh , ach tha cleachdaidhean practaigeach aige cuideachd a dh’ fhaodadh àm ri teachd teicneòlais agus slàinte dhaoine atharrachadh. Is e dùbhlan mòr an-diugh mar a nì sinn meudan mòra de anta-stuth a dhèanamh, a stòradh agus a làimhseachadh gu sàbhailte agus gu h-èifeachdach.
Le adhartasan ann an teicneòlas luathaichear is lorgairean mìrean, is urrainn dhuinn a bhith an dùil gun lean rannsachadh air stuth agus anta-stuth air adhart a’ toirt a-mach lèirsinn agus a’ leantainn gu innleachdan cudromach. Tha pròiseactan mòra mar Belle II ann an Iapan agus an High Luminosity LHC san Roinn Eòrpa ag obair gu cruaidh gus dìomhaireachd neo-chothromachd stuth-anta-stuth fhuasgladh agus tuigse nas doimhne fhaighinn air fiosaig mìrean.
Co-dhùnadh
’S e dà bhun-bheachd a th’ ann am matair agus antimatair a bheir nas fhaisge oirnn tuigse fhaighinn air a’ chruinne-cè . Ged a sgriosas iad a chèile nuair a choinnicheas iad, tha na h-eadar-obrachaidhean aca a’ tabhann lèirsinn dhomhainn air fiosaig mìrean, cosmology, agus prionnsapalan bunaiteach nàdair. Ged a tha mòran cheistean fhathast gun fhreagairt, tha rannsachadh leantainneach san raon seo a’ gealltainn fionnachtasan ùra a dh’ fhaodadh ar tuigse air a’ chruinne-cè atharrachadh agus tagraidhean practaigeach iongantach fhosgladh ann an teicneòlas agus beatha dhaoine.
