הצגת המקור של הדף "אנטי-חומר"

[[קובץ:3D_image_of_Antihydrogen.jpg|ממוזער|300px|[[אטום]] [[אנטי-מימן]] הוא "תמונת מראה" של [[אטום המימן]]. אטום המימן מורכב מפרוטון (מטען חשמלי p+) ואלקטרון (e-), בעוד שאנטי-מימן מורכב מאנטי-פרוטון (p-) ומפוזיטרון (אנטי-אלקטרון בעל מטען e+).]]
'''אַנְטִי-חֹמֶר''' הוא חומר שמרכיביו הם [[אנטי-חלקיק]]ים. אנטי-חלקיקים דומים לחלקיקים בתכונותיהם ([[מסה]], גודל ה[[ספין (פיזיקה)|ספין]], גודל [[מטען חשמלי|המטען החשמלי]]), אך מטענם החשמלי הפוך. לדוגמה:
[[אטום המימן|אטום מימן]] מכיל [[פרוטון]] (שמטענו החשמלי p+) ו[[אלקטרון]] (שמטענו החשמלי e-). [[אנטי-מימן]], לעומתו (ראו איור), מכיל [[אנטיפרוטון]] (שמטענו החשמלי p-) עם [[פוזיטרון]] (אנטי-אלקטרון, שמטענו החשמלי e+).
ככל הידוע לחומר ולאנטי-חומר אותה [[מסה|מסת התמד]], אך מבחינה [[כוח הכבידה|כבידתית]] לא ידוע אם אנטי-חומר מתנהג כחומר רגיל כמתחייב מ[[עקרון השקילות]]{{הערה|[http://www.gravityresearchfoundation.org/pdf/awarded/1985/nieto.pdf מאמר מאת חוקרים במעבדה הלאומית בלוס אלאמוס, ארצות הברית, הקוראים לחקור את התאוצה הגרביטציונית של אנטי-פרוטון]}}{{הערה|[https://www.zarm.uni-bremen.de/uploads/tx_sibibtex/2007_Dittus_26.pdf  מאמר מאת חוקרים באוניברסיטת ברמן, גרמניה, המזכיר את האפשרות שלאנטי חומר יש מסת כבידה שלילית]}}. קיומם של אנטי-חלקיקים נצפה באופן תאורטי בשנת 1928 על ידי [[פול דיראק]], וכבר בשנת 1932 נמצא הפוזיטרון ב[[קרינה קוסמית]].

כאשר חומר ואנטי-חומר נפגשים, הם עוברים [[אניהילציה]], כלומר הופכים לחלקיקים שונים מהמקוריים, כגון [[פוטונים אנרגטיים]] ([[קרני גמא]]), [[נייטרינו]] וצמדי חלקיק - אנטי-חלקיק אחרים שמסתם נמוכה יותר.

אנטי-חלקיקים מסומנים במקרים אחדים כמו החלקיקים ה"רגילים", בתוספת קו עליון: כך, האנטי-פרוטון יסומן כ- <math>\bar p</math>. במקרים אחרים אנטי-חלקיקים טעונים מסומנים על פי מטענם, למשל הפוזיטרון, שסימנו <math>\ e^+</math>.

האטום הגדול ביותר של אנטי חומר שנצפה עד כה הוא של אנטי [[הליום]].

==גילוי האנטי-חומר==
ב-1928 פרסם [[פול דיראק]] את [[משוואת דיראק]] לתיאור תכונות אלקטרון שנע במהירות קרובה למהירות האור. המשוואה שילבה לראשונה את חוקי [[מכניקת קוואנטים|מכניקת הקוואנטים]] עם חוקים של [[תורת היחסות הפרטית]], ורמת הדיוק שלה הוכחה בניסויי מעבדה. אלא שלמשוואה היו שני פתרונות, האחד אנרגיה והשני אנרגיה לכאורה שלילית, ובהתאמה אחד שבו לאלקטרון מטען שלילי כרגיל והשני אלקטרון עם מטען חיובי. היו שסברו שזוהי תוצאה מתמטית ללא משמעות פיזיקלית, וגם דיראק עצמו התלבט, אך לבסוף השתכנע שאם אלה תוצאות המשוואה פירוש הדבר שקיימים אלקטרונים עם מטען חיובי, וקיים בעולם אנטי-חומר. האלקטרונים בעלי המטען החיובי, שכונו [[פוזיטרון|פוזיטרונים]], אכן התגלו במעבדה שנים ספורות לאחר מכן. [[קארל דייוויד אנדרסון|קארל אנדרסון]] עסק בחקר חלקיקים מהקרינה הקוסמית ב[[תא ערפל]], שאותו הקיף במגנטים כדי לכוון את מסלול החלקיקים הטעונים. ב-1932 הוא הבחין בחלקיק שנתיבו זהה בצורתו לנתיבם של אלקטרונים, אך הוא נע בכיוון ההפוך, זה היה פוזיטרון{{הערה|[https://www.aps.org/publications/apsnews/200408/history.cfm  הצילום הראשון של פוזיטרון]. הפוזיטרון בצילום נע מלמטה למעלה. אנדרסן הניח בתא הבועות פיסת עופרת כדי להאט את תנועת החלקיקים שחוצים אותה וכך לגרום למסלול שלהם להתעקל. שיטה זו איפשרה לו לזהות אם החלקיקים שנתיבם מצולם נעו מלמטה למעלה או להפך}}. על כך הוא זכה ב-1936 בפרס נובל, כשהיה בן 31.

==אנטי-חומר בטבע==
אחת השאלות הבלתי פתורות בפיזיקה של ימינו היא מדוע כמות האנטי חומר ביקום כה קטנה ביחס לכמות החומר הרגיל. לאחר גילוי האנטי-חלקיקים הועלתה השערה לפיה יש ב[[היקום|יקום]] אזורים המאוכלסים באנטי-חומר בלבד, אולם כיום השערה זו אינה מקובלת. ישנן כמה תאוריות לפיהן האנטי-חומר נוצר מיד לאחר [[המפץ הגדול]] בשלב ה[[באריוגנזה]] ועבר [[אניהילציה]] עם החומר שנוצר יחד איתו, אך בשל הפרת [[סימטריית CP|סימטריה]] בשלב כלשהו (בהתאם לאינטראקציות הבין-חלקיקיות שמציעה כל אחת מתאוריות אלה) נשאר יותר חומר מאנטי-חומר. נכון להיום אין אישוש ניסויי להפרת סימטריית CP הנדרשת על פי תאוריות אלה.

עם זאת, אנטי-חלקיקים בודדים נוצרים ביקום כל הזמן, למשל בהתנגשויות בין [[קרני גמא]] שמקורן ב[[קרינה קוסמית|קרינה הקוסמית]] לבין אטומים ב[[אטמוספירה]].

==ייצור אנטי-חומר==
ייצור אנטי-חלקיקים בודדים הושג עוד ב[[שנות ה-50 של המאה ה-20|שנות ה-50]] ו[[שנות ה-60 של המאה ה-20|ה-60]], במהלך ניסויים ב[[מאיץ חלקיקים|מאיצי חלקיקים]]. לעומת זאת, ייצור של אנטי-חומר - קבוצות של אנטי-חלקיקים המאוחדות באמצעות כוחות גרעיניים וחשמליים בדומה ל[[אטום|אטומים]] ה"רגילים" הוא משימה קשה הרבה יותר. פריצת הדרך הראשונה לקראת אפשרות כזאת הושגה בראשית [[שנות ה-90 של המאה ה-20|שנות ה-90]], כשעובדי מכון [[פרמילאב]] גילו שאנטי-פרוטון אנרגטי מאוד העובר בסמוך לגרעין של אטום יכול לגרום ליצירה של אלקטרון ופוזיטרון; אם האנטי-פרוטון יצליח "לחטוף" אליו את הפוזיטרון בהשפעת [[הכוח האלקטרומגנטי]], ייווצר אנטי-מימן, שהוא האטום הכי פחות מורכב של אנטי-חומר.

ב-1995 הצליחו במכון [[CERN]] לייצר 9 אטומי אנטי-מימן בשיטה שהציעו עובדי פרמילאב, שמאוחר יותר הצליחו לחקות השיטה וייצרו קרוב ל-100 אטומי אנטי-מימן.

לאחר ניסויים אלה, חיפשו המדענים דרך "לצנן" את האנטי-פרוטונים, כדי שיהיה נוח יותר לחקור אותם. לשם כך נבנה ב-CERN בשנת 1999 מאט האנטי-פרוטונים (Antiproton Decelerator), שבעזרתו יוצר לראשונה אנטי-מימן "קר" בשנת 2002. בשנת 2004 פותחה שיטה נוספת לייצור אנטי-חומר "קר", המבוססת על התנגשויות של חלקיקים חמים עם חלקיקים קרים, שבעקבותיהן מושג [[שיווי משקל תרמי]], וכך מקוררים החלקיקים החמים. משערים כי בשיטה זו ניתן יהיה לייצר 100 אטומי אנטי-חומר ב[[שנייה]]. ייצור [[מיליגרם]] אחד של אנטי-מימן בקצב זה ייארך כ-170 מיליארד שנה. העלויות הכבדות הכרוכות בייצור אנטי חומר וקצב ייצורו הנמוך יחסית לרצוי לצורכי מחקר ולשימושים אפשריים אחרים{{הערה|[http://www.hayadan.org.il/belt-of-antimatter-found-circling-earth-0908117 הוצע להשתמש באנטי-חומר כ"דלק" להנעת חלליות]}}, הביאו את מכון [[NIAC]] של [[נאס"א]] לממן מחקרים הבודקים את האפשרות לאסוף ולהביא לכדור הארץ אנטי-חומר מוכן ממקומות ב[[מערכת השמש]] שם הוא נוצר ומצוי, כגון [[חגורות ואן אלן]] וה[[מגנטוספרה]] של [[צדק (כוכב לכת)|צדק]].

==האטה ואחסון של אנטי-חומר==
כאמור, בעת יצירת מרכיבי האנטי-חומר (אנטי-פרוטון, פוזיטרון ואנטי-נייטרון), נדרשים המדענים לצנן את מהירות החלקיקים הנעים במהירות הקרובה ל[[מהירות האור]] עקב היווצרותם במאיצי חלקיקים. על כן, נדרשת שליטה רבה בכיוון תנועת האנטי-חלקיקים בעודם "חמים", וכן שליטה בהם לאחר שהצטננו על-מנת לאחסנם. בשיטה הנפוצה [[CERN|במעבדות CERN]] מניעים את האנטי-חלקיקים (רק האנטי-פרוטון ופוזיטרון) במעגל העטוף בסלילים [[מוליכות על|מוליכי-על]] היוצרים [[שדה מגנטי]] המקביל לשדה המגנטי של אותו החלקיק (שדה שלילי לפוזיטרון וחיובי לאנטי-פרוטון), ובכך ממרכזים את החלקיקים לנקודת המרכז ומונעים מבעדו להתנגש במעטפת המעגל העשויה חומר רגיל. ה[[סליל השראה|סלילים]] עצמם בנויים כך שחלק מהם מייצרים שדה מגנטי חזק הממרכז את האנטי-חלקיקים לאמצע, ואילו חלק אחר מייצר שדה מגנטי חלש הגורם לזעזועים באנטי-חלקיק הנע בתווך (הדבר דומה לנהג המאיץ ומאט לחלופין), זעזועים אלו מזרזים את האטת האנטי-חלקיק ומסייעים בלכידתו.

לאחר לכידת האנטי-חלקיק הוא מאוחסן לזמן קצר במכלים העטופים סלילי על-מוליך היוצרים שדה מגנטי הדוחה את האנטי-חלקיק למרכז. על שלב זה להיות קצר שכן בניגוד לאנטי-פרוטונים בעלי משך החיים הארוך מאוד, לפוזיטרונים משך חיים קצר בהרבה. לאחר אחסונם מפגישים בין הפוזיטרונים לאנטי-פרוטונים ובכך מביאים ליצירת [[אנטי-מימן]]. מרגע זה תמה השליטה על תנועתו של האנטי-חומר שכן במצב זה מטענו החשמלי נייטרלי ולכן אינו מגיב לשדה מגנטי. תוך זמן קצר פוגשים חלקיקי האנטי-חומר בחלקיקי החומר במעטפת, הם [[איון (פיזיקה)|מתאיינים]] הדדית, וכתוצאה מכך, משתחררת אנרגיה בצורה של גלים אלקטרו-מגנטיים ([[קרני גמא]]).

דרך צינון ושימור זאת אינה פועלת על האנטי-נייטרון שאינו מגיב לשדות מגנטיים כלל. ניתן אומנם לצנן אותו באמצעות התנגשות באנטי-חומר קר יותר ואולם עדיין ישנם קשיים באחסונו.

ב-[[2010]] הצליחו חוקרים במרכז המחקר CERN ללכוד לראשונה אטומים של אנטי-חומר ולשמר אותם לזמן קצר באמצעות טכניקות חדשניות שפיתחו. ביוני [[2011]] פורסם כי מדענים במרכז המחקר CERN לכדו חלקיקי אנטי-חומר למשך יותר מ-16 דקות.

==בתרבות==
בספר "[[מלאכים ושדים]]" מאת [[דן בראון]] וב[[מלאכים ושדים (סרט)|סרט בעל אותו שם]] שהופק על פי הספר משמש מכל אנטי-חומר שנגנב מ-[[CERN]], ומשמש שם כחומר נפץ חדשני ורב עוצמה.

ה"[[מוח פוזיטרוני|מוח הפוזיטרוני]]" - טכנולוגיה בדיונית ליצירת מוחות לרובוטים נפוצה ב[[מדע בדיוני|מדע הבדיוני]], למשל בספריו של [[אייזק אסימוב]], או בסדרה "[[מסע בין כוכבים: הדור הבא|מסע בין כוכבים - הדור הבא]]", באנדרואיד דאטה.

==ראו גם==
* [[אנטי-חלקיק]]
*[[בוב לזר]]

== לקריאה נוספת ==
* [[איאן סטיוארט (מתמטיקאי)|איאן סטיוארט]], '''מטמון האוצרות המתמטיים של פרופסור סטיוארט''', [[כנרת, זמורה-ביתן]], 2016, "מה זה בכלל אנטי־חומר", עמ' 106–112.

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* {{דוידסון|ארז גרטי|חומר ואנטי חומר|maagarmada/physics/חומר-ואנטי-חומר|2 ביולי 2011}}
* {{הארץ|אסף שטול-טראורינג|הישג במרכז האירופי לחקר הגרעין בשווייץ: פיזיקאים לכדו אנטי-חומר למשך זמן שיא|1.1176495|7 ביוני 2011}}
* {{דוידסון|חגי אדרי|לראות אנטי-חומר|sciencenews/לראות-אנטי-חומר|10 בינואר 2017}}
* {{Ynet|לי פלג, [[מכון ויצמן למדע]], [[מכון דוידסון לחינוך מדעי]]| סודותיו של האנטי-חומר|5010677|1 בספטמבר 2017}}
* {{בריטניקה}}

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים|יישור=ימין}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:פיזיקת חלקיקים]]