Dalam fisika partikel, antimateri dikenal sebagai jenis materi yang terdiri dari antipartikel, bukan partikel biasa. Ini adalah jenis materi yang lebih jarang.
Antimateri sangat mirip dengan materi biasa, satu-satunya perbedaan adalah muatan listrik partikel dan beberapa bilangan kuantum. Jadi, antielektron, disebut juga positron, adalah antipartikel elektron, yang memiliki sifat yang sama kecuali muatannya, yaitu positif. Antineutron, sementara itu, netral (seperti neutron) tetapi momen magnetnya berlawanan. Akhirnya, antiproton berbeda dari proton karena bermuatan negatif.
Saat mereka berinteraksi, antimateri dan materi memusnahkan satu sama lain setelah beberapa saat, melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk foton berenergi tinggi (sinar gamma) dan pasangan partikel dasar-antipartikel lainnya.
Dalam studi fisika, perbedaan dibuat antara partikel dan antipartikel menggunakan garis horizontal (makron) pada simbol yang sesuai dengan proton (p), elektron (e), dan neutron (n).
Atom yang terdiri dari antipartikel tidak ada secara alami di alam karena mereka akan musnah dengan materi biasa. Hanya sejumlah kecil yang berhasil dibuat dalam eksperimen yang ditujukan untuk pembentukan anti-atom.
Penemuan antimateri
Keberadaan antimateri diteorikan pada tahun 1928 oleh fisikawan Inggris Paul Dirac (1902-1984) ketika dia mulai merumuskan persamaan matematika yang akan menggabungkan prinsip relativitas Albert Einstein dan fisika kuantum Niels Bohr.
Pekerjaan teoritis yang sulit ini berhasil diselesaikan dan dari sana diperoleh kesimpulan bahwa pasti ada partikel yang analog dengan elektron tetapi dengan muatan listrik positif. Antipartikel pertama ini disebut antielektron dan sekarang diketahui bahwa pertemuannya dengan elektron biasa mengarah pada pemusnahan timbal balik dan pembentukan foton (sinar gamma).
Oleh karena itu, dimungkinkan untuk memikirkan tentang keberadaan antiproton dan antineutron. Teori Dirac dikonfirmasi pada tahun 1932, ketika positron ditemukan dalam interaksi antara sinar kosmik dan materi biasa.
Sejak saat itu, pemusnahan elektron dan antielektron telah diamati. Pertemuan mereka membentuk sistem yang dikenal sebagai positronium, dengan waktu paruh tidak pernah melebihi 10-10 atau 10-7 detik.
Kemudian, dalam akselerator partikel Berkeley (California, 1955) dimungkinkan untuk menghasilkan antiproton dan antineutron melalui tumbukan atom berenergi tinggi, mengikuti rumus Einstein tentang E = m.c2 (energi sama dengan massa dikalikan kecepatan cahaya kuadrat).
Dengan cara yang sama, pada tahun 1995 anti-atom pertama diperoleh berkat Organisasi Penelitian Nuklir Eropa (CERN). Fisikawan Eropa ini berhasil membuat atom hidrogen antimateri atau antihidrogen, yang terdiri dari positron yang mengorbit antiproton.
Sifat antimateri
Tidak mudah untuk mempelajarinya secara mendalam, mengingat biaya moneter yang sangat besar yang terlibat dalam produksinya di laboratorium (sekitar USD 62.500 juta per miligram dibuat) dan durasinya yang sangat singkat.
Kasus penciptaan antimateri yang paling sukses di laboratorium berlangsung sekitar 16 menit. Namun, pengalaman terbaru ini mengarah pada intuisi bahwa materi dan antimateri mungkin tidak memiliki sifat yang sama persis.
Di mana antimateri ditemukan?
Ini adalah salah satu misteri antimateri, yang memiliki banyak kemungkinan penjelasan. Sebagian besar teori tentang asal mula alam semesta menerima bahwa pada mulanya terdapat proporsi materi dan antimateri yang serupa.
Akan tetapi, dewasa ini alam semesta yang dapat diamati tampaknya hanya terdiri dari materi biasa. Penjelasan yang mungkin untuk perubahan ini menunjuk pada interaksi materi dan antimateri dengan materi gelap, atau pada asimetri awal antara jumlah materi dan antimateri yang dihasilkan selama Big Bang.
Yang kita tahu adalah produksi antipartikel alami terjadi di Cincin Van Allen planet kita. Cincin ini terletak sekitar dua ribu kilometer dari permukaan dan bereaksi dengan cara ini saat sinar gamma menghantam atmosfer luar.
Antimateri ini cenderung menggumpal, karena tidak ada cukup materi biasa di kawasan itu untuk memusnahkan dirinya sendiri, dan beberapa ilmuwan berpikir bahwa sumber daya ini dapat digunakan untuk “mengekstrak” antimateri.
Untuk apa antimateri?
Antimateri masih belum memiliki banyak kegunaan praktis dalam industri manusia, karena biayanya yang sangat tinggi dan tuntutan teknologi yang terlibat dalam produksi dan penanganannya. Namun, aplikasi tertentu sudah menjadi kenyataan.
Misalnya, pemindaian positron emission tomography (PET) dilakukan, yang menunjukkan bahwa penggunaan antiproton dalam pengobatan kanker dimungkinkan dan mungkin lebih efektif daripada teknik proton saat ini (radioterapi).
Namun, aplikasi utama antimateri adalah sebagai sumber energi. Menurut persamaan Einstein, pemusnahan materi dan antimateri melepaskan begitu banyak energi sehingga satu kilo materi / antimateri yang memusnahkan dirinya sendiri akan sepuluh miliar kali lebih produktif daripada reaksi kimia mana pun dan sepuluh ribu kali lebih banyak daripada fisi nuklir.
Jika reaksi ini dapat dikendalikan dan dimanfaatkan, semua industri dan bahkan transportasi akan berubah. Misalnya, sepuluh miligram antimateri dapat mendorong pesawat ruang angkasa ke Mars.