Despre Materie

[Adi]

Cris, asa cum au spus si HarapAlb si Ionut, antiatomi de hidrogen s-au obtinut deja din 1995. Simetria intre materie si antimaterie nici nu poate fi perfecta, altfel ar trebui sa avem cantitati egale de materie si antimaterie in prezent (caci asa s-au format in Big Bang, cantitati egale de materie si antimaterie). Totusi, cumva antimateria a disparut si Universul e format acum peste 99.99% din materie. Exista o rupere de simetrie intre materie si antimaterie. Pentru formularea unui mecanism teoretic care sa explice aceasta s-a si acordat o jumatate de Premiu Nobel de fizica de anul acesta. Iar pentru descoperirea experimentala a acestei asimetrii intre materie si antimaterie s-a acordat premiul Nobel in 1980 lui Fitch si Cronin, pentru descoperirea lor din 1964 a violarii paritatii CP, adica exact asimetrie intre materie si antimaterie. Calitativ, explica. Cantitativ insa, nu explica decat cam 0.2% din disparitia antimateriei. Ceea ce inseamna ca e probabil ca imediat dupa Big Bang au existat multe particule masive care violau si ele paritatea CP, dar care apoi s-au dezintegrat si nu le mai avem astazi in Univers. Astfel, se spera ca LHC sa se produca astfel de particule. Teoria supersimetrie prezice noi particule masive de exemplu, cine stie, poate teoria chiar e corecta ...

[Virgil]

 Existenta antiparticulelor, nu dovedeste implicit existenta antimateriei. Atunci cand se va descoperi un corp ceresc, meteorit sau altceva in stare naturala format din antimaterie, atunci se poate spune ca exista antimaterie, pana atunci este doar o speculatie. faptul ca s-au  obtinut experimental niste structuri formate din antiparticule, nu este o dovada suficienta. Macar de se obtinea un antiatom de oxigen sau fier, cu o durata de viata nelimitata, atunci se putea spune ca in conditii de laborator s-a creat antimateria, dar nici atunci nu era o dovada ca exista antimateria in stare naturala.

[Adi]

Virgil, depinde cum definesti antimateria. Tu pare ca o definesti ca fiind formata din atomi de antimaterie. Dar stiinta foloseste o definitie mai simpla. Electronul este materie. Antielectronul este antimaterie. Deci antimateria exista. Atomul de antihidrogen exista. Ah, ca inca nu s-a vazut antiatom de oxigen inca, asta e adevarat si nu constanta nimeni. E greu atat de produs, cat si de stocat. Dar cu timpul se vor crea si astfel de atomi. Dar nu avem nici un motiv sa credem ca nu ar exista, din ce s-a vazut experimental pana acum, antimateria se comporta exact ca si materia cu foarte mici diferente (si acelea in dezintegrarile radioactive ale unor particule elementare, dar nu si in dezintegrarea cuarcului down in cuarc up, care dezintegrare e responsabila de dezintegrarea radioativa in nuclele). As crede asadar ca un atom de oxigen si un atom de antioxen s-ar comporta exact la fel.

[Virgil]

Ce cuvant ati folosi pentru a spune materie si antimaterie la un loc?
Materia este in stare naturala, ati auzit despre antimaterie in stare naturala?
Daca dintr-o biblioteca scoti o carte ramane un gol, adica o "anticarte", pe baza acestui rationament puteti face o antibiblioteca?

[HarapAlb]

Ce cuvant ati folosi pentru a spune materie si antimaterie la un loc?

Se poate folosi orice alt cuvant pentru ca proprietatile particulei respective raman aceleasi. Odata fixat un nume si raspandit in comunitatea stiintifica nu prea se ma schimba. Daca am sta sa analizam strict semnificati a denumirilor din fizica probabil ca multe din ele ar trebui revizate ca sa para "mai normale". Problema este ca unele nu au corespondent in lumea macroscopica si se introduc analogii calitative (de ex: spinul), sau pur si simplu se folosesc denumiri noi (de ex: culoarea cuarcilor, nu inseamna ca ei sunt rosii, albastrii sau verzi). La fel si cu antimateria.

Eu nu vad rostul despicarii in patru a firului pentru ca odata stabilite proprietatile fizice, toata lumea stie la ce se refera termenul de antimaterie.

Cand Dirac a dedus teoretic existenta pozitronilor nu se stia nimic despre rolul noii clasei de particule (antimateria). Ulterior s-a descoperit ca unele particule, mezonii, sunt alcatuiti din perechi de particul-antiparticula (cuarc-anticuarc). Teoretic ar fi trebuit fie revizata denumirea de antimaterie, fie definirea unei noi clase de particule (sa zicem "metamaterie") care sa nu fie nici materie, nici antimaterie.

[Adi]

De acord cu HarapAlb, despici firul prea mult. I se zice antimaterie si basta. Dar trebuie vazute particulele nu ca impartite in materie si antimaterie la nivel fundamental, ci intre fermioni si bozoni. Fermioni sunt particulele de "materie" (si ei pot sa fie materie si antimaterie) si bozonii sunt particulele ce mediaza fortele prin care materia interactioneaza unele cu altele (si ei pot fi tot din materie si antimaterie). Deci exista doua definitii pentru materie. Pe de o parte se vorbeste de materie (fermioni) si radiatie (bozoni), pe de alta atat radiatie poate fi ori materie ori antimaterie si materia poate fi tot materie si antimaterie. Stiinta este plina de cazuri in care s-au dat denumiri lucrurilor si apoi s-a descoperit ca era vorba de altceva. Se numeste nume ce vin din "istorie" si le accepti asa cum sunt, nu le mai schimbi.

Legat de faptul ca materia e in mod normal in Univers si antimateria nu, iti amintesc ca si oxigenul e in mod normal gazos, dar asta nu inseamna ca oxigenul  lichid sau oxigenul solid nu e "la fel de fundamental" ca si oxigenulu gazos. Pur si simplu in functie de conditiile din prezent, pe Pamant, oxigenul e gazos. Tot asa si in conditiile din Universul din prezent, antimateria nu mai e.

De asta e si fascinanta fizica particulelor, ca nu studiaza doar particulele din prezent, ci toate ce au putut exista vreodata. Imediat dupa Big Bang au fost produse toate particulele care au putut fi produse, si materia si antimateria a fost produsa in cantitati egale. Si noi in laborataare precum Tevatron si LHC incercam sa producem acele particle si sa le studiem. Daca ar fi in viata de zi cu zi, nu ar mai fi nevoie sa facem acceleratoare sa produca aceste particule. Dar le producem tocmai pentru a studia legile Universului la scurt timp dupa Big Bang ...

[Virgil]

Aceasta este tema topicului, si nu s-ar despica firul in patru daca acesti termeni ar fi mai pamanteni, mai materiali. Impactul produs de un termen introdus fara a avea suport fizic natural, este foarte mare, desi nu cred ca este normal. Dar desigur nu schimbam noi termenii, ci doar ii comentam, si analizandu-i ii intelegem mai bine.
Spuneti ca Big-bangul a produs atat materie cat si antimaterie. Dar fotonii initiali, nu detineau decat energie si deci masa relativista, cum explicati aparitia particulelor si antiparticulelor in mod inegal, evoluand in materia actuala.
Parerea mea este ca doi fotoni nu se pot ciocni, ci trec unii prin altii, ca doua valuri, fiecare urmandu-si drumul sau. Nu stiu dar va rog sa-mi confirmati daca s-au facut experiente cu ciocniri de fotoni in vid fara participarea particulelor. Daca fotonii nu se pot ciocni intre ei, atunci teoria Big-bangului are de suferit.

[Adi]

Domnule Virgil, iata cateva clarificari.

1. Materia si antimateria nu s-au produs in cantitati inegale. Tocmai, stiinta actuala pretinde ca s-au produs in cantitati egale! Numai ca apoi atat materia si antimateria cand au disparut apoi, a disparut un pic mai multa antimaterie decat materie, iar cum procesul s-a repetat iar si iar ... Prin materie si antimaterie ne referim aici la particule elementare (nu la atomi, atentie!).

2. Doi fotoni nu interactioneaza simplu, deci in o prima aproximatie doi fotoni trec unul prin altul. Si dvs si stiinta ziceti la fel. Pe aceasta se si bazeaza principiul superpozitiei care sta la baza electromagnetismului. Totusi, doi fotoni pot interactiona unul cu altul in o diagrama mai complexa, precum cea de aici. Cu cat o diagrama are mai multe puncte de interactiune (vertexuri), cu atat probabilitatea de a avea loc e mai scazuta. Poti afla mai multe despre interactia a doi fotoni aici.

Dar atentie, cred ca faci o confuzie cand crezi ca intai a fost fotonul si apoi electronul. Din vid nu am auzit sa se produca perechi de fotoni, insa am auzit sa se produca perechi de electroni si pozitroni sau in generla de materie si antimaterie. Aceste particule incarcate electric, mergand la viteze foarte mari, au emis fotoni. Acesti fotoni deplasandu-se in campuri electrice intense se anihilau creand alte perechi de materie si antimaterie. Dar mereu materia si antimateria apareau in perechi si aceasta din un motiv fundamental, acela de a conserva marimile fizice in cauza (precum sarcina electrica, spinul, numarul barionic, numarul leptonic, si asa mai departe).

In concluzie, nu vad nici vreo problema cu Big Bang-ul si nu inteleg la ce problema va referiti.

[HarapAlb]

Aceasta este tema topicului, si nu s-ar despica firul in patru daca acesti termeni ar fi mai pamanteni, mai materiali. Impactul produs de un termen introdus fara a avea suport fizic natural, este foarte mare, desi nu cred ca este normal. Dar desigur nu schimbam noi termenii, ci doar ii comentam, si analizandu-i ii intelegem mai bine.

Catalogarea denumirilor ca "pamantene" sau "mai putin pamantene" este relativa din motivele pe care l-am expus in mesajul anterior. Materialul de pe wikipedia despre antiparticule si antimaterie ar trebui sa clarifice lucrurile daca nu s-a inteles prea bine din mesajele de pe forum.

[ionut]

Aceasta este tema topicului, si nu s-ar despica firul in patru daca acesti termeni ar fi mai pamanteni, mai materiali. Impactul produs de un termen introdus fara a avea suport fizic natural, este foarte mare, desi nu cred ca este normal. Dar desigur nu schimbam noi termenii, ci doar ii comentam, si analizandu-i ii intelegem mai bine.

Buna Virgil,
    Nu inteleg ce este nepamantean pentru tine la termenul de anti-materie. "Anti-" se refera la faptul ca toate numerele cuantice sunt opuse celor apartinand particulei corespunzatoare din materie. Anti-particulele nu sunt un gol ca in exemplul dat de tine cu cartile in biblioteca ci exista la fel ca si particulele, au masa (!! ATENTIE nu au anti-masa), sarcina electrica, etc. Daca tu ai un nume mai sugestiv decat atat, te rog sa il propui si sa vedem daca e mai potrivit.
    Anti-particulele si in consecinta anti-materia sunt cat se poate de materiale si "pamantene" chiar si din punctul tau de vedere. Pe Pamant exista elemente chimice care sunt radioactive si emit pozitroni (anti-particula electronului); aceste elemente se numesc elemente radioactive beta plus si caracteristica lor este ca au prea multi protoni in componenta nucleului.

Spuneti ca Big-bangul a produs atat materie cat si antimaterie. Dar fotonii initiali, nu detineau decat energie si deci masa relativista, cum explicati aparitia particulelor si antiparticulelor in mod inegal, evoluand in materia actuala.

Dupa cate ti-a zis Adi, niste oameni au obtinut premiul Nobel pentru o mica parte din explicatia la intrebarea pe care o pui tu. Tot ce stim sigur la ora actuala e ca bozonii de schimb (fotonii, gluonii) dezintegreaza in perechi particula-antiparticula si ca in conditii de densitatate de energie extreme (Big-Bang, ciocniri de nuclee relativiste) se formeaza cantitati egale de materie si anti-materie. Deasemenea mai exista ceva procese care sunt usor asimetrice. Asta e tot deocamdata, speram sa aflam mai multe la LHC.

Parerea mea este ca doi fotoni nu se pot ciocni, ci trec unii prin altii, ca doua valuri, fiecare urmandu-si drumul sau. Nu stiu dar va rog sa-mi confirmati daca s-au facut experiente cu ciocniri de fotoni in vid fara participarea particulelor. Daca fotonii nu se pot ciocni intre ei, atunci teoria Big-bangului are de suferit.

Virgil, exista o mica mare diferenta intre ciocnirea a 2 fotoni in vid si ciocnirea a 2 fotoni intr-un mediu infinit dens (Big-Bang). Nu stiu daca stii, dar constantele de cuplaj ale diferitelor interactii variaza si ele cu energia si se presupune ca la o anumita densitate de energie (echivalent cumva cu cantitatea de impuls schimbata intr-o ciocnire) toate constantele de cuplaj ajung sa aiba aceeasi valoare (teoria unificarii). Aceasta teorie, daca este corecta, ar fi trebuit sa fi fost probata in momentul Big-Bang-ului ceea ce inseamna ca fortele electro-slabe, tari si gravitationale erau una si aceeasi forta. In perioada cand Universul era dominat de energie, nu au existat doar fotoni initiali, ci si gluoni initiali ceea ce face o diferenta foarte mare. Gluonii interactioneaza intre ei pentru ca au sarcina de culoare, ba chiar au sarcina dubla fata de un cuarc ceea ce ii face sa interactioneze mai tare intre ei decat cu orice alt obiect. Totusi, atunci cand dezintegreaza in perechi, si acestia produc cantitati egale de materie si antimaterie asa ca cursa pentru explicarea asimetriei este inca deschisa.

[Adi]

Ionut, ai explicat foarte frumos.

[Virgil]

Daca antimaterie, adica opusul materiei, este un termen pamantean, atunci ma declar multumit de explicatie. Cred ca opusul particulei este particula complementara, sau particula oglindita, nu antiparticula, iar aceste particule sant tot forme de existenta ale materiei, si nu ale antimateriei. Ca sa generalizezi de la antiparticule la antimaterie este o afirmatie fortata.

Referitor la Big-Bang, este foarte clar explicat , dar in acelasi timp cred ca sant si niste afirmatii lipsite de acoperire doar de dragul teoriei Big-Bang. ma refer aici la afirmatia ca cele patru forte, slabe, tari, electromagnetice, si gravitationale, erau una si aceiasi forta. Dar forta nu exista atat timp cat nu erau particule si respectiv campuri. Forta lipsita de masa, nu are sens, ori la momentul initial nu exista nici o masa, era doar energie. Dar care este densitatea maxima de energie care poate exista, astfel incat toata energia universului sa incapa intr-un volum atat de mic, desi nu se stie cat de mic. Daca ma gandesc mai bine se ajunge la teoria creationismului, "cu credinta cat un bob de mustar, poti muta muntii din loc", caci ce inseamna credinta, decat energia mintii concentrata pe o singura idee.
Daca particulele sant o creatie a energiei, energia a cui creatie este? Cand spui energie in forma cea mai pura, inseamna cuante,sau fotoni, vorbiti si de gluoni, nu credeti ca aceasta energie trebuie sa aiba o sursa?

[Adi]

Daca particulele sant o creatie a energiei, energia a cui creatie este? Cand spui energie in forma cea mai pura, inseamna cuante,sau fotoni, vorbiti si de gluoni, nu credeti ca aceasta energie trebuie sa aiba o sursa?

Cred ca ai progresa mai mult daca ai renunta la aceste intrebari si te-ai concentra pe cele la care putem gasi adevarul prin metoda stiintifica ... Energia are o sursa, dar nu vom sti niciodata care e sursa ei, sau cum era Universul inainte de Big Bang. Eu in locul tau m-as consola cu asta si m-as concentra pe intrebari cu adevarat importante, la care ai o sansa sa si gasesti raspuns.

[ionut]

Daca antimaterie, adica opusul materiei, este un termen pamantean, atunci ma declar multumit de explicatie. Cred ca opusul particulei este particula complementara, sau particula oglindita, nu antiparticula, iar aceste particule sant tot forme de existenta ale materiei, si nu ale antimateriei. Ca sa generalizezi de la antiparticule la antimaterie este o afirmatie fortata.

   Virgil, antimaterie inseamna antiparticule. Asta e acceptiunea actuala in stiinta. Din cate vad problema pe care o avem este una de semantica, nu de fizica. Termenul de "anti-" vine si din teoria grupurilor care este folosita in fizica particulelor. Poate stii si tu din algebra de clasa a 12-a ca elementul invers al unui element apartinand unui grup (anti-elementul) este prin definitie acel ELEMENT care neutralizeaza un anumit element. Deci element*invers = elementul neutru (e.g. 5+(-5) = 0 - pentru adunare; 5*(1/5)=1 pentru inmultire, etc.). In cazul fizicii particulelor ai elementul neutru (bozonul de schimb) care poate dezintegra intr-o particula si o anti-particula sau invers, o particula si o anti-particula pot duce la formarea unui bozon de schimb.
 

Referitor la Big-Bang, este foarte clar explicat , dar in acelasi timp cred ca sant si niste afirmatii lipsite de acoperire doar de dragul teoriei Big-Bang.

Teoria Big-Bang este totusi doar un model, nimeni nu sustine ca este adevarul absolut. Si tu ai facut o supozitie cand ai spus ca la inceput a existat doar energie.

ma refer aici la afirmatia ca cele patru forte, slabe, tari, electromagnetice, si gravitationale, erau una si aceiasi forta. Dar forta nu exista atat timp cat nu erau particule si respectiv campuri.

Teoria unificarii este tot o teorie care trebuie probata. Pana acum se pare ca s-a reusit si probat unificarea fortelor electromagnetice si fortei nucleare slabe si din cate se pare forta nucleara tare converge si ea catre aceasta unificare. Nu inteleg ce vrei sa spui ca forta nu exista atata timp cat nu exista particule, respectiv campuri. Campurile exista si interactioneaza fara a fi necesara prezenta materiei. Ia exemplul fortei tari. Gluonii (care nu au masa) interactioneaza intre ei. Fotonii au o "forta" deasemenea, nu ai nevoie de masa pentru a avea forta, ci ai nevoie doar de impuls.

Forta lipsita de masa, nu are sens, ori la momentul initial nu exista nici o masa, era doar energie.

Virgil, aici te contrazice pana si fizica de liceu. Probabil cand faci afirmatia asta te gandesti la principiul al doilea al mecanicii cu formula faimoasa F=m*a. Formula asta este cumva inselatoare pentru ca nu este formula cea mai generala. Forta este de fapt data variatia de variatia impulsului in unitatea de timp, adica F=dP/dt, ceea ce schimba un pic situatia. Ca sa ai forta, ai nevoie doar de o variatie a impulsului, nu ai nevoie de masa. Fotonii, chiar daca nu au masa, sunt capabili sa exercite o forta.

Dar care este densitatea maxima de energie care poate exista, astfel incat toata energia universului sa incapa intr-un volum atat de mic, desi nu se stie cat de mic. Daca ma gandesc mai bine se ajunge la teoria creationismului, "cu credinta cat un bob de mustar, poti muta muntii din loc", caci ce inseamna credinta, decat energia mintii concentrata pe o singura idee.
Daca particulele sant o creatie a energiei, energia a cui creatie este? Cand spui energie in forma cea mai pura, inseamna cuante,sau fotoni, vorbiti si de gluoni, nu credeti ca aceasta energie trebuie sa aiba o sursa?

Momentul zero al exploziei primordiale este o necunoscuta pentru stiinta. Toate presupunerile oamenilor de stiinta pentru acest moment zero sunt la fel de valoroase ca si parerea bunicii mele de la tara pentru ca toate teoriile diverg. In momentele imediat dupa momentul zero totusi incep sa aiba un pic de sens. Nu iti inteleg totusi prea bine intrebarea aici. Energia este un termen fundamental, cum pot sa-ti explic in termeni stiintifici din ce provine energia? Poate Dumnezeu a creat-o sau poate exista un alt motiv, habar n-am si nici nu cred ca va fi usor sa se raspunda la intrebarea asta. Totul incepe cu "La inceput a fost cuvantul ..." (a se intelege lumina sau energia )

[Virgil]

Exemplul cu (-5), ar fi valabil daca s-ar numi anticinci.
Referitor la variatia impulsului unui foton, trebuie spus, ca aceasta variatie se produce la ciocnirea lui cu o particula, cand fotonul este absorbit de particula, asa ca atunci cand nu erau particule nu erau forte. Sau poate mai sant si alte posibilitati de variatie a impulsului unui foton si eu nu le stiu. Spuneti ca fotonii chiar daca nu au masa sant capabili sa exercite o forta. Eu intreb, asupra cui?
Referitor la Big-Bang, toata teoria se sprijina pe observatia indepartarii galaxiilor, cat si a radiatiei de fond. Cum dovediti ca universul nu este pulsator? sau dece nu este posibil ca deplasarea spre rosu sa aiba o alta cauza, stiind ca frecventa unei radiatii se modifica atunci cand trece printr-un camp gravitational. Dar daca exista un fenomen de imbatranire a fotonilor, la parcurgerea unor distante de miliarde de ani lumina? Cat priveste radiatia de fond, aceasta poate avea drept sursa numai galaxia noastra.