Antimadde nedir? Önemi, özellikleri, üretimi ve kullanımı

Uzayın derinliklerinden Dünya’mızın çevresine ve hatta muzlara kadar birçok yerdeler

Füzyon uzay gemisi

Antimadde nedir? Antimadde ya da "karşıt madde" normal maddenin zıttıdır. Yani antimaddenin alt atomik parçacıkları normal maddeninkine zıt özelliklere sahiptir. Bu parçacıkların elektrik yükü birbirine terstir. Madde ve antimadde Büyük Patlama ile yaratıldı ancak antimadde bugün evrende oldukça nadir ve bilim adamları hala bunun nedenini araştırıyor. Yazımızda konunun derinliklerine iniyoruz.

Antimadde nerede bulunuyor?

van allen kuşağı dünya
Van Allen Kuşağı'nda bir miktar var

Antimadde ultra yüksek hızla çarpıştırılan parçacıklardan oluşuyor. Büyük Patlama'da önce yalnızca enerji vardı. Evren soğuduğunda ve genişlediğinde geride eşit miktarda üretilmiş madde ve antimadde parçacıkları kaldı. Maddenin neden daha hâkim hale geldiği bilim adamlarının cevabını keşfetmeye çalıştıkları bir soru.

Teorilerden biri, başta antimaddeden daha fazla oranda normal madde üretildiğini öne sürüyor. Birbirlerini karşılıklı olarak imha ettikten sonra bile geride yıldızlar, galaksiler ve gezegenlerin oluşmasına yetecek kadar normal madde kaldı. Dünya'nın etrafındaki Van Allen Kuşağı'nda hala antimadde olduğu biliniyor.

Antimaddeyi daha iyi anlamak için önce madde hakkında daha fazla şey bilmek gerekiyor. Madde, hidrojen, helyum ve oksijen gibi kimyasal elementlerin temel birimleri olan atomlardan oluşur. Her elementin belirli sayıda atomu var. Hidrojenin bir atomu, helyumun iki atomu ve bunun gibi gider.

Atomun içeriği ise karmaşıktır. Zira fizikçilerin yeni yeni anlamaya başladıkları bir alan. İçeride birbirinden farklı şekillerde dönen ve farklı yönlere hareket eden egzotik parçacıklar bulunuyor. Atomun içindeki bu parçacıkların elektronlar, protonlar ve nötronlar olduklarını biliyoruz.

Anti parçacıklar

Atomun çekirdeğinde yani merkezinde protonlar (pozitif elektrik yüklü) ve nötronlar (nötr yüklü) bulunuyor. Genelde negatif yüklü olan elektronlar, uzaydaki gezegenlere benzer şekilde bir çekirdeğin etrafındaki yörüngede döner. Yörüngeleri ne kadar "uyarılmış" yani enerji yüklü olduklarına bağlı olarak değişiyor.

İşte antimaddede elektrik yük diğer maddeye kıyasla tersine çevrilmiştir. Elektronun antimaddesi pozitrondur (anti elektron). Elektron gibi davranırlar ancak pozitif yük taşırlar. Antiprotonlar ise adından anlaşılacağı gibi negatif yüklü protonlardır.

Bu antimadde parçacıkları (yani anti parçacıklar) CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Teşkilatı) tarafından kontrol edilen Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi dev parçacık hızlandırıcılarında üretildi ve üzerinde deneyler yapıldı.

NASA'nın açıklamasın göre, antimadde anti yerçekimi anlamına gelmiyor. Deneysel olarak doğrulanmadı ancak teoride antimaddenin yerçekimine normal madde gibi tepki verdiği düşünülüyor.

Nasıl üretiliyor?

antimadde fabrikası cern
CERN ilk antimadde fabrikası olacak

Yeterince yüksek ısı olan her yerde antimadde üretilebiliyor. Az miktarda antimadde kozmik ışınlarla (uzaydan gelen enerjik parçacıklar) sürekli olarak yeryüzüne yağmaktadır. Bu antimadde parçacıkları atmosfere bir metrekare ile 100 metrekare arasında değişen oranlarda ulaşıyor. Bilim adamları ayrıca fırtınaların üzerinde antimadde üretildiğinin kanıtlarını gördüler.

Evrenin derinliklerinde antimadde arayan uzay programları da var. Virgo (Başak) kümesinde küçük bir miktara rastlandı. Kozmik radyasyonda da olduğu tahmin ediliyor. Yüksek Enerjili Antimadde Teleskobu ve NASA'nın Uzay Mekiği Programı ile taşınan Alfa Manyetik Spektrometresi, evrenin derinliklerindeki antimaddeleri tespit etti. Lakin bizler bunu yeryüzünde üretmeyi planlıyoruz. CERN bunun bir adımı.

Bunun dışında içerisinde potasyum-40 olan muzlar da antimadde üretiyor. Bu her 75 dakikada bir oluyor. İnsan vücudunda da potasyum-40 var. Maddeyle temas ettiklerinde yok olduklarından çok kısa ömürlüler.

Antimadde nasıl görünüyor?

antimadde ve madde
Madde, ile etkileşimleri enerji açığa çıkarır

Bilim kurgu filmlerinde bir tür parlayan gaz gibi resmedilirler ancak görünümleri gerçekte sıradan maddeden farklı değildir. Örneğin, anti su hala H2O'dur ve suyla aynı özellikleri taşır. Tek fark bu maddelerin normal madde ile girdikleri "yok olma" etkileşimidir. O nedenle onları çevremizde büyük miktarlarda göremiyoruz. Bir kova anti suyu okyanusa boşaltırsanız nükleer bombaya benzer bir patlama görürsünüz. Dünya'mızda yani çevremizde az miktarda antimadde var ve bir kez etkileşime girdiklerinde gözden kayboluyorlar.

Kullanım alanları

Teoride enerji ile çalışan her alana uygulanabilirler. Ancak maddenin kendisi olmasa da onun çalışma ilkesini temel alan PET yani pozitron emisyonu tomografisi var. Muzlarda görülen pozitron yayan radyoaktif izotoplar vücudumuzun kullandığı glikoz gibi maddelere tutunuyor. Bunlar kana karıştıktan sonra parçalanıyor ve pozitron yayıyorlar Pozitron elektronla buluştuğunda birbirlerini yok ediyor. Sonuç olarak gama ışınları açığa çıkıyor ve tomografi cihazı bunları görüntülüyor.

İlk kim öngördü ve buldu?

Antimadde ilk kez 1928'de İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından öngörülmüştür. New Scientist dergisi bu öngörüyü "Sir Isaac Newton'dan bu yana en büyük İngiliz teorisyen" başlığıyla duyurdu. Kendisi, "Tanrı, dünyanın yaratılmasında güzel bir matematik kullandı", etkileyici sözüyle hatırlanır.

Dirac, Einstein'ın ışığın evrendeki en hızlı hareket eden madde olduğunu söylediği özel görelilik denklemini ve kuantum mekaniğini birleştirdi. Denkleminin hem negatif yüklü hem de pozitif yüklü elektronlar için geçerli olduğunu keşfetti.

Dirac, evrendeki her parçacığın bir zıt halinin olduğunu söylemiştir. "Ayna görüntüsü" denilen bu fenomen yalnızca elektronlar için değil maddeyi oluşturan tüm bileşenler (parçacıklar) için geçerli. Amerikalı fizikçi Carl D. Anderson Dirac'ın öngördüğü pozitif yüklü elektronu yani pozitronları 1932'de keşfetti. Dirac, 1933'te Nobel Fizik Ödülü alırken, Anderson da 1936'da aldı.

antimadde star detektörü
Antimadde detektörü Star

Antimadde uzay gemisi

Antimadde parçacıkları madde parçacıklarıyla etkileşime girdiğinde, birbirlerini yok eder ve enerji açığa çıkarırlar. Bu durum mühendislerin antimadde ile çalışan uzay gemisi yapma fikrini ortaya atmalarını sağlamıştır. Bu sonsuz yakıtlı uzay gemilerinin evreni araştırmak için en iyi taşıt olacağı tahmin ediliyor.

Lakin NASA şu anda bu uzay gemisi fikrinde çok büyük bir problem görüyor: 1 miligram antimadde üretmek için yaklaşık 100 milyar dolar harcama yapmak gerekiyor. CERN deneyleri çok daha az miktarla devam edebilir ancak gerçek dünya uygulamaları için asgari miktar bu.

NASA, antimaddenin ticari anlamda satın alınabilir olması için fiyatının 10.000 kat düşmesi gerektiği belirtti. Üretimde kullanılan enerji de ayrıca bir problem: Antimadde oluşturmak, antimaddeden açığa çıkan miktardan çok daha fazla enerji harcanmasını gerektiriyor.

Karşıt madde ne zaman kullanılabilir olacak?

Elbette bu engeller NASA ve diğer kurumları antimadde uzay aracını mümkün kılacak teknolojileri geliştirmekten vazgeçirmiyor. Tauri Group sözcüsü 2012'de yaptığı açıklamada karşıt madde yani antimaddenin yaklaşık 40 ila 60 yıl içerisinde kullanılabilir olacağını belirtti.

Tauri Group, NASA'nın "Teknolojinin Sınırları: Uzay Keşfi İçin Çığır Açıcı Kabiliyetler" başlıklı 2010 raporunda, füzyon ile çalışan uzay aracının arkasındaki teoriyi açıklamıştır. Buna göre aracın tasarımında döteryum ve trityum izotopları kullanılıyor. Bunlar, çekirdeğinde nötron olmayan normal hidrojenin aksine bir ya da iki nötron bulunduran ağır izotoplardır.

Antiproton ışığı ardından sözü edilen izotoplara tutuluyor ve içeri gömülü olan uranyum tabakasına baskı oluşturuyor. Antiprotonlar uranyuma çarptığında yok oluyorlar ve geride fisyon ürünleri bırakıyorlar. Fisyon ürünleri ise füzyon reaksiyonu meydana getiriyor. Reaksiyondaki enerji motora aktarıldığında uzay aracı hareket etmeye başlıyor.

Antimadde nedir? Önemi, özellikleri, üretimi ve kullanımı yazımız burada son buldu. Benzer içerikler için: https://2ladd.com/k/bilim-teknoloji/