Antimaterie – i virkeligheten

Er bomber av antimaterie en overhengende trussel, noe vi må passe oss for i framtida, eller total science fiction?
20.5 2009 05:00


Filmplakat til Angels and demons - eller Engler og demoner på norsk. (Foto: Sony Pictures)

I filmen og boka Engler og demoner trues Vatikanet av skumlinger som skal sprenge halve Roma til himmels med antimaterie, brutalt rappet fra forskningslaboratoriet CERN.

Men er det mulig? Finnes antimaterie? Er den en trussel for menneskeheten? Og er det sant at helt vanlige fysikere produserer greiene i forskningens navn?

Partikkelfysiker Bjørn Samset fra Universitetet i Oslo oppklarer ett og annet om antimaterie:

Finnes antimaterie?

- Ja. Helt klart. Man begynte å se tegn på at antimaterie fantes allerede på 1930-tallet og siden har man funnet ut at den er en vanlig del av naturen. Vi kan lage den i eksperimenter, men vi finner den ikke rundt oss til vanlig.

Hva er det for noe?

- Tenker deg at naturen er et legosett med ulike typer byggeklosser som er byggesteinene i alt rundt oss. Byggeklossene, og alt som blir bygd av dem, kalles materie. Men så er det tilfeldigvis slik at for hver kloss, så finnes det enda en kloss.

- Denne klossen er helt lik å se på, helt til du kikker veldig nøye. Da ser du at den på en måte er speilvendt. Alle egenskaper som kan måles ved den, for eksempel elektrisk ladning, har motsatt fortegn. Det er disse speilvendte klossene som kalles antimaterie.

- Det finnes for eksempel anti-elektroner – også kalt positroner – og anti-protoner. De kan bli til anti-atomer, som antihydrogen, antigull eller antijern.

- Antimaterien er altså byggeklossene i et slags speilbilde av den naturen vi kjenner. Det eneste tallet som er likt for både materie og antimaterie, er vekta.

Hvordan ser denne antimaterien ut? Merker vi noen forskjell på materie og antimaterie?

- Nei. Det ville sett helt likt ut. Hvis du fløy i verdensrommet, og et ukjent romskip kom mot deg, kunne du ikke vite om skipet og føreren var av materie eller antimaterie. Ikke uten ekstremt avanserte måleinstrumenter.

- Men du ville merket det når dere møttes. Det store poenget er nemlig at når materie kommer i kontakt med antimaterie, så opphever de hverandre. De plopper sammen og slipper fri all energien de har. Det kalles annihilasjon.

- Materie og antimaterie inneholder enormt mye energi. Dersom bare ett gram antimaterie annihilerer mot materie, utløses like mye energi som i en liten atombombe.

- I teorien kunne alt i verdensrommet vært antimaterie, med unntak av månen og Mars og et par steder til. Der har vi jo landet. Dersom de var lagd av antimaterie, ville landingsfartøyene blitt borte i kjempeeksplosjoner.

- Men vi har ikke landet noe på Pluto. I utgangspunktet kunne den vært lagd av antimaterie. Men vi vet at den ikke er det, altså. Hvis det var mye antimaterie i rommet, ville det vært ei grense mot materie som vi hadde oppdaget med en gang.

- Frittsvevende partikler og klumper med antimaterie ville annihilere mot materien der de to sonene møttes. Og når elektroner og positroner opphever hverandre, blir de til to gammastråler med helt bestemt energi. Vi ville ha oppdaget områder med mye slik stråling. Men ingen har sett noe slikt fenomen, så det ser ut til at universet består av bare materie.

Men forskerne lager antimaterie på CERN, med den digre maskinen som vi ser i filmen?

- Ja. Vi lager partikler av både antimaterie og materie i LHC ved CERN. Det er nemlig slik at partikler kan bli til energi, og at energi kan bli til partikler. Alle partiklene som bygger opp verden i dag, ble en gang dannet av energi.


 

- Måten vi kan lage antimaterie på, er å kollidere partikler veldig hardt. Når vi smeller partikler sammen med opp mot lyshastigheten, slippes det fri så mye energi at det popper fram nye partikler. Men når energi blir til partikler, kommer det aldri bare én partikkel, det kommer to: én vanlig partikkel og én tilsvarende antipartikkel. For eksempel et elektron og et positron.

- Men antipartikkelen forsvinner igjen med en gang. Den forvandler seg til andre typer partikler eller møter materiepartikler og annihilerer.

Kan ikke forskerne hente ut antimaterien som dannes?

- Jo, forskerne har klart å få tak i positroner og antiprotoner og holde dem i en annen akselerator-ring en liten stund. De har til og med klart å sette sammen et antihydrogenatom, altså speilbildet til hydrogenatomet. Og de har så vidt har sett en type antihelium.

Betyr det at vi kan bruke maskinen på CERN til å lage en bombe?

- Nei!

- Det er flere grunner til det. Én av dem er at vi aldri ville klare å lage nok. I et kvart gram antimaterie – mengden som fantes i bomba i filmen – er det ufattelig mange partikler. Noe i størrelsesorden 150 000 000 000 000 000 000 000 (150 000 milliarder milliarder) stykker!

- Med det utstyret vi har på CERN, som er det beste du får i verden, ville vi måtte holde på i noen millioner år før vi hadde en slik mengde, som altså kunne hatt sprengkraft som en liten atombombe.

- Som en illustrasjon kan jeg fortelle at dersom vi puttet all antimaterien vi lager i CERN ned i en kopp med kaffe, ville det vært nok til å varme drikken opp med én grad i timen. I løpet av den tida ville kaffen så klart kjølnet med ti grader.

- Jeg kan heller ikke se for meg at det skal komme en nevneverdig mer effektiv måte å lage det på.

- Det andre problemet er lagring.

- Det er teknologisk håpløst å samle opp nevneverdige mengder antimaterie, uten at den kommer borti vanlig materie og forsvinner. Man kan tenke seg at det går an å bruke elektriske felter til å holde antipartikler med motsatt ladning svevende i en lufttom konteiner, slik som i filmen.

- Men det ville være enormt energikrevende og nesten nytteløst å lage et slikt stabilt system. For at det hele skulle virke, måtte det dessuten være snakk om en gass av antipartikler med samme ladning. Partikler med samme ladning vil frastøte hverandre, og skape et enormt trykk i beholderen.

Men hvis det virkelig hadde gått an å lage en antimateriebombe. Hvordan ville det sett ut når den gikk av?

- Det ville nok arte seg omtrent som en atombombe, altså som en stor eksplosjon med frislipp av energi. Dersom det var nok energi ville vi kanskje fått den karakteristiske røyksoppen. Men det avhenger litt av hvor raskt antimaterien i klumpen kommer i kontakt med materie.


“Bjørn Samset ved Universitetet i Oslo.”

- Vi ville uansett fått trykkbølger, varme, lys i alle bølgelengder og gammastråler. Det ville ikke blitt særlig hyggelig.

- Men nå er det heldigvis ikke mulig heller.

I filmen Star Trek brukes antimaterie til et fredeligere formål – som drivstoff i romskipet U.S.S Enterprise. Vil du si at det også er umulig?

- Ja, dessverre. Det hadde vært veldig fint hvis det gikk an, men det gjør ikke det. Både det amerikanske forsvaret og NASA har utforsket denne muligheten, men gitt opp.

Hvorfor lager forskerne antimaterie da?

- Motivasjonen for å lage antimaterie på CERN, er ikke å kunne bruke den til praktiske formål. Det er derimot for å studere naturen. Det er slikt som har gitt oss teoriene og kunnskapen vi har i dag.

- Vi lurer for eksempel på hvorfor universet ser ut til å være lagd av bare materie. I følge naturlovene skulle det ha blitt lagd like mengder antimaterie og mateire da verden ble til i Big Bang – Det store smellet. Partiklene skulle så kollidere med hverandre og alt skulle blitt til energi igjen.

- Men slik er det ikke, og vi vet ikke helt hvorfor.

- Vi tror det kan være slik at for hver 10 milliarder par med partikler og antipartikler som ble dannet, må det ha vært én partikkel for mye av materie. Slik ble det en rest av materie igjen. Men hva kan ha forårsaket dette?

- Nyere forskning tyder på at det kan være litt forskjell på de to motsatte partiklene, men vi har fremdeles ikke noe sikkert svar på dette mysteriet.

Så antimaterie kan altså ikke brukes til annet enn utforskning av universets dypeste gåter og sammenhenger?

- Jo, da. Vi bruker det faktisk i dag, til å diagnostisere kreft.

- Såkalt PET-scanning bruker antimaterie. Teknikken går ut på at du drikker radioaktivt stoff som sender ut positroner – altså antielektroner. De møter kjapt elektroner, og annihilerer slik at de spesielle gammastrålene sendes i hver sin retning.

- Måleutstyr sporer disse strålene tilbake til stedet de kom fra, og dermed kan du se hvilken del av kroppen som har tatt opp mest av det radioaktive midlet. Kreftsvulster tar opp mye av stoffet, og slik kan man altså bruke antimaterie til å finne kreft i kroppen.

 

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.