hybride Atome

Hier wurde ein Elektron des Helium gegen ein Antiproton ausgetauscht.

ASACUSA sees surprising behaviour of hybrid matter–antimatter atoms in superfluid helium
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Versteht jemand, was das bedeuten (Konsequenzen oder gar sinnvolle Folgen haben) könnte?

Rainer Raisch schrieb:

Hier wurde ein Elektron des Helium gegen ein Antiproton ausgetauscht.

Versteht jemand, was das bedeuten (Konsequenzen oder gar sinnvolle Folgen haben) könnte?

Ich übersetze mal das Erlärvideo : Die Überraschung ist, dass man solche hybriden Atome in flüssigem Helium untersuchen kann, in dichtem Helium-Gas aber nicht. Im Unterschied zum Gas existieren sie im flüssigen Material in einer Art Blase und zeigen schmale Spektrallinien. Bis jetzt musste man Antimaterie-Teilchen immer getrennt von umgebender normaler Materie halten. Hier stört das umgebende flüssige Helium aber gar nicht. Die Entdeckung eröffnet also neue Möglichkeiten der Erforschung von Antimaterie, Bestimmung der Masse usw.

Wozu das gut ist? Naja, Sci-Fi Fans wissen, dass zumindest die ersten Versionen vom Raumschiff Enterprise unter Käptn Körk einen Materie-Antimaterie-Antrieb hatten. Die hybriden Atome sind also der Beginn in der Entwicklung solcher Antriebe, für die man natürlich einen Tank voll Antimaterie braucht. In flüssigem Helium gelagerte Antiprotonen sind schon mal ein Anfang. Man muss sie nur wieder von ihren Kernen trennen und mit Protonen zusammen bringen, schon hat man eine Energiequelle. Der nötige Nachschub an langsamen Antiprotonen wird kontinuierlich im Weltall eingesammelt. Der Rest ist Geschichte, äh Zukunft II: Die Vulkanier werden auf den ersten Testflug mit Warp-Antrieb aufmerksam geworden sein und prompt im Zeltlager des Erfinders gelandet sein um ihm gratuliert zu haben. Und wenn sie nicht gestorben sein werden, gratulieren sie noch übermorgen  .

Ja, interessant und kurios. Bestätigt mal wieder, was gemacht werden kann, wird gemacht...

Wissenschaftler haben einfach Materie und Antimaterie vermischt (es ist nicht explodiert)

2013 arbeitete Dr. Anna Sótér im CERN-Labor an einem neuen Antimaterieexperiment. Ihre Gruppe stellte hybride Materie-Antimaterie-Atome zusammen, indem Antiprotonen in supraflüssiges Helium geschossen wurden. Antiprotonen sind die negativ geladenen Gegenstücke von Protonen, sodass ein Antiproton gelegentlich den Platz eines Elektrons einnehmen kann, das einen Heliumkern umkreist. 

Wozu das gut sein kann? 

Schlussfolgerung aus der entsprechenden Veröffentlichung in Nature:

"Die scharfen Spektrallinien könnten den Nachweis von Antiprotonen in der kosmischen Strahlung oder die Suche nach Antideuteronen ermöglichen."

Sótér, A., Aghai-Khozani, H., Barna, D. et al. High-resolution laser resonances of antiprotonic helium in superfluid 4He. Nature 603, 411–415 (2022).  hier anklicken
 

UN73 schrieb:

2013 arbeitete Dr. Anna Sótér im CERN-Labor an einem neuen Antimaterieexperiment. Ihre Gruppe stellte hybride Materie-Antimaterie-Atome zusammen, indem Antiprotonen in supraflüssiges Helium geschossen wurden. Antiprotonen sind die negativ geladenen Gegenstücke von Protonen, sodass ein Antiproton gelegentlich den Platz eines Elektrons einnehmen kann, das einen Heliumkern umkreist. 

 

Was ich hiervon besonders interessant finde ist, dass es keine Explosionen gab. Wenn ein Antiproton den Platz eines Elektrons in einer 1s-Schale einnimmt, dann hat es eine von 0 verschiedene Aufenthaltswahrscheinlichkeit in der Raumregion, in der sich der Heliumkern befindet.

Die Auslöschung zwischen Materie und Antimaterie scheint daher den quantenmechanischen Gesetzen zu unterliegen und in stabilen Quantensystemen nicht zu passieren. Interessant.

...in einem Superfluid verschwindet die klassische atomare Struktur (Teilchen befinden sich im selben quantenmechanischen Zustand).

Wie soll da eigentlich ein Antiproton den Platz eines Elektrons einnehmen können?

Bose-Einstein-Kondensation (Supraflüssigkeits-Eigenschaften von Helium-4)

*Fußnote: Helium-4 mit zwei Protonen und zwei Neutronen hat eine gerade Anzahl an Kernen und ist ein Boson.
 

UN73 schrieb:

Wie soll da eigentlich ein Antiproton den Platz eines Elektrons einnehmen können?

 

Wieso nicht? Die innere Struktur des Atoms spielt dabei (wohl) keine Rolle.

Alles, was man braucht, um ein Boson zu sein, ist ein ganzzahliger Spin. Zusammengesetzte Teilchen aus geraden Zahlen von Fermionen ...

Elektron und (Anti)-Proton unterscheiden sich insofern nicht.

Nachtrag:
wiki:
Erreicht die De-Broglie-Wellenlänge den mittleren Abstand zwischen zwei Atomen, so kommen die Quanteneigenschaften zum Tragen.
Dass die oben genannten Gase bosonisches Verhalten zeigen und nicht – wie Festkörperphysiker oder Chemiker von Alkaliatomen erwarten würden – fermionisches (für welches das Pauli-Prinzip gelten würde), beruht auf einem subtilen Zusammenspiel von Elektronen- und Kernspin bei ultratiefen Temperaturen: Bei entsprechend niedrigen Anregungsenergien sind der halbzahlige Gesamtspin der Elektronenhülle der Atome und der ebenfalls halbzahlige Kernspin durch die schwache Hyperfeinwechselwirkung zu einem ganzzahligen Gesamtspin des Systems gekoppelt.

1/³n ≈ λB