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反物質単語

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反物質とは、ある物質とべて質量と運動量が同じで、電荷などの性質が全く逆である物質である。

陽子・電子・中性子などの粒子に限定して「反粒子」と呼ぶ事もある。

概要

原子は陽子・中性子・電子に分解する事が出来る。原子の種類の違いは含まれる陽子・中性子・電子の数が違うだけであり、「陽子と中性子と電子から出来ている」と言う点はどの原子でも一緒である。

陽子・中性子・電子の反粒子同士で構成された原子、すなわち「反原子」も存在する。

 

反物質の例としては、例えば電子は1個あたりで以下のような性質を持つ。

である。
電子の反物質、「陽電子」は電荷のプラスマイナスが逆なだけで他は電子と同じと言う粒子。

なお電荷的に中性である中性子などを含めた、あらゆる物質に対してそれぞれ反物質が存在し得る。

20世紀初頭ではあくまで仮説の上での存在であった。
最初に可性を提唱されたのは上記の陽電子であり、「電子と全く同じ質量・電荷を持ちながら、正の電荷である粒子」の存在が示唆された。と言っても当初はこれは陽子の事であると考えられており、反物質と言う概念が出来たのはもう少し後である。(陽子と電子では質量がおよそ1836倍も違うのだが、この質量の違いについては未解決問題として後に回してしまっていた。)

電子に対応する正の電荷を持つ粒子は質量も同じはずである、と言う摘は当時からあったが、上記の陽電子の存在を示唆する研究が発表された1930年の2年後、宇宙線の研究の中で陽電子が実際に発見され、「正の電荷を持った電子」として「陽電子」と命名される。

それからしばらくして1955年、粒子加速器の研究において反陽子と反中性子が発見される。
さらに1995年には反陽子1個と陽電子1個を組み合わせた物質、すなわち「反水素」を生成することに成功している。

対消滅

反物質は、対になる反物質と接触すると消滅する。これを対消滅と言う。

詳しくは対消滅の項を参照。

宇宙の始まり

ビッグバン直後の極めて高いエネルギー状態の宇宙では、おびただしい量の物質と反物質が生成と消滅を繰り返していた。エネルギーからは物質と反物質が必ず同数生まれる。なのでこのままでは全て対消滅して消えてしまうはずである。ところが物質と反物質には性質に極々僅かな違いがあり(CP対称性の破れと言う)、これにより極々僅かな物質だけが生き残った。今あるすべての物質はこれら生き残りの物質である。

反物質の作り方

反物質のうち、較的質量の小さい陽電子を得ることは実はあまり難しいことではない。放射性物質の中には陽電子を放出するものが多く(カリウム40が代表的)、実験で少量だけ必要な場合や、医療用の陽電子断層撮影診療にはこれらを用いる。加速器実験などで大量の陽電子が必要な場合は、強レーザー金属に照射することで得られる。

ところが、質量が陽電子とは較にならないくらい重い反陽子などの場合は、これらの手法は使えない。現在のところ加速器で加速させた陽子を金属にぶつけ、稀に発生する反陽子を少しづつ集めることしか方法がない。

遠い未来、遠方の惑星や他系などへ人類が進出するためには反物質を用いた推進機関が不可欠になってくる。これらの燃料となる大量の反物質を生産する方法として『の対生成』が考えられる。

”は全くの“”ではない。ミクロ世界では量子論的効果により“存在という概念”自体が揺らいでいるため、数の物質と反物質が生成と消滅を繰り返している。ただこれらのプロセスプランク時間(5.39106×1044 )、プランク長(1.616199×1035m)の範囲内で起きているためマクロ世界からは“観測されない”だけなのである。これらの粒子を“仮想粒子”と呼び、はこれら仮想粒子で満たされている。

ところが、な電界をかけると仮想粒子の中の物質と反物質を引き剥がし、マクロ世界に連れてくる事ができる。具体的にはレーザーを収束して、発生する電界を用いてから反物質を取り出し、磁場で選り分けるという手法が考えられている。この手法なら質量の大きい反陽子も量産可である。

ただし、現在存在するどんなに強レーザーでもこの手法に使うには出が小さすぎる。将来的には太陽エネルギーにとするレーザーを多数搭載した工場を可な限り太陽に近い軌にのせて反物質を生産させようというプランが存在する。

フィクションに登場する反物質

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掲示板

  • 86ななしのよっしん

    2018/11/06(火) 03:27:47 ID: uAL9GQsjJt

    初期宇宙だと、とか化合物どころかそれこそ原子とかすら生成される前の粒子の段階であらかた消えちゃってるからなぁ。

  • 87ななしのよっしん

    2019/02/01(金) 02:09:24 ID: pKZMxXJH/1

    もしかしたら正物質ばかりでできているこのへんみたいなエリア
    正物質と反物質とが均等に混ざり合わずにできた"ムラ"であって
    その逆に反物質が多くて反物質だけ生き残ったエリアというのもあったりして。
    物質同士は引で引き合うから、ひとたびムラができるとなかなか解消されないかもしれない。

    ひょっとしたら案外近く(と言っても隣の銀河とか)のものが
    まるまる反物質でできているかもしれないが
    そうなれば向こうは正物質なんかしいのでやっぱり対消滅したりしないし
    物性も大して変わらないだろうから観測で見破るのは難しいということになるんじゃないかな。

  • 88ななしのよっしん

    2019/04/15(月) 17:44:44 ID: ve/C+kvlf4

    なぜこの世に反物質がほとんど存在しないかはCP対称性の破れっていうのが通説になってる
    本来物質と反物質は物性や半減期が同じ(CP対称性)なんだけど弱い相互作用による物質(素粒子)の崩壊の際にその対称性が見られないっていう事が観測された
    ビックバンの際に大量の物質が出来たとされるけど、その間にこのCP対称性の破れによる反物質のみの崩壊による物質の余りによってこの世に物質が溢れた…っていうのが説としてある

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最終更新:2019/06/17(月) 01:00

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