Svar:
Antimateria är materia som består uteslutande av antipartiklar. Hittills har man endast lyckats framställa antiväte som består av en antielektron som är bunden till en antiproton.

Försöket att tillverka antiväte utfördes första gången förra året (1996) vid CERN. Man tog två strålar den ena med antiprotoner och den andra med antielektroner och lät dem löpa parallellt. Sedan får strålarna passera ett magnetfält. De laddade partiklarna böjs av medan de oladdade antiväteatomerna som bildats genom att två partiklar "parat ihop sig" fortsätter rakt fram. Någon praktisk användning av denna materia har man ännu inte kommit på.
1997-03-20

Svar:
Tyvärr finns det ingen antimateria som jag kan skicka.

Dessutom: Antimateria skickar man bara till riktiga ovänner för den
som öppnar paketet förintas!

1997-11-06

Svar:
Det här är en mycket intressant fråga.

Jo, det är faktiskt så att kvarken och antikvarken i en meson annihilerar
(förintar) varandra. Det sker när mesonen sönderfaller. Det finns ingen stabil meson.

Exempel 1, den neutrala pi-mesonen (har ingen elektrisk laddning)

Den neutrala pi-mesonen består av en kombination av [u och anti-u] och
[d och anti-d]. För att kunna begripa detta fullt ut, måste man kunna ganska
mycket kvantmekanik. I varje fall finns alla förutsättningar för annihilation,
och det sker också nästan omedelbart med elektromagnetisk växelverkan. Den neutrala pi-mesonen är mycket kortlivad, 10^-16 sekunder.

Exempel 2, den positiva pi-mesonen (har positiv elektrisk laddning)

Den positiva pi-mesonen består av [u och anti-d]. Här har vi två olika sorts
kvarkar och de kan inte annihilera varandra direkt. En tredje partikel måste vara inblandad för att ta hand om den elektriska laddningen (som måste bevaras). Sönderfallet (kvark-annihileringen) sker genom den s.k. "svaga växelverkan" som, eftersom den är så svag, behöver lång tid på sig.
Den positiva pi-mesonen lever 100 miljoner gånger längre än den neutrala.  
/ KS 1998-09-18

Svar:
Det finns data som tyder på att universums expansion accelererar. Därför är det inte många som räknar med någon "big chrunch" längre. Orsaken till accelerationen är troligen att universum nu inte domineras av materia,
utan av en egenskap hos vakuum som kallas mörk energi, som enligt Wikipedia är: en hypotetisk form av energi som genomtränger hela rymden och synes öka universums expansionstakt. Mörk energi är numera det gängse sättet att förklara, vad som enligt observationer och experiment tolkats som en accelererande expansion hos universum, det vill säga att rumtiden förefaller att expandera allt fortare och fortare.

Några av de data som ligger bakom införandet av den mörka energin visas i bilden längst ner i svaret. Man kan se att avvikelsen (punkterna för höga värden på rödförskjutningen Z ligger över den heldragna linjen) är ganska måttlig och dessa data är egentligen inte helt övertygande. Det finns nu emellertid ganska övertygande ytterligare stöd för en accelererande expansion, tillräckligt för den normalt konservativa nobelkommittén att ge 2011 års nobelpris i fysik för upptäckten, se List_of_Nobel_laureates_in_Physics och Accelerating_expansion_of_the_cosmos.

Universum tycks nu bestå av:

70 % mörk energi (OBS! detta är inte materia)

26 % exotisk mörk materia (vi vet inte vad det är)

3.5 % osynlig vanlig materia

0.5 % synlig vanlig materia

Det är alltså dessa ynka 0.5 % som astronomerna kan studera.

Det finns delade meningar om vad den mörka energin är för något. Somliga
vill tolka den som Einsteins kosmologiska konstant. Andra menar att detta
skulle leda till orimliga konsekvenser, och har infört en variant, som
kallas Quintescence. Dessa frågor behandlas i ett par artiklar i
Scientific American januari, 2001. Det medges att de inte är särkskilt
lättlästa för den oinvigde, men det här är inga lätta saker. Men spännande!

Den sammansättning av universum som ges ovan är vad som gäller nu. I en tidigare
epok dominerade strålningen, som spelar liten roll idag. Den mörka energin
deltar idag inte alls i universums expansion. Det är viktigt,
hade den gjort det, hade galaxhopar, galaxer och stjärnor inte kunnat bildats.
I modellen med "Einsteins kosmologiska konstant" är den mörka energin
verkligen konstant. Den spelade alltså en obetydlig roll i det unga
universum. Vad som då blir svårförklarligt, är att vi lever i en epok just
när den mörka energin börjar dominera över materien. Detta blir lättförklarligt
i "quintescens" modellen. Där deltar den mörka energin i universums expansion
ända tills den epok då universum upphör att vara strålningsdominerat.

Bland nyare upptäckter är att det storskaliga rummet i universum är plant,
alltså inte krökt. Vidare nämns i artiklarna en modell som på engelska
kallas "inflatory universe model". Det kan närmast översättas med
"uppblåsningsmodellen av universum". Det innebär att universum i ett
mycket tidigt stadium undergick en enorm expansion.
Det förklarar mycket som inte går att förklara med den klassiska
Big Bang modellen.

Se vidare Dark_Energy, mörk-energi, mörk-materia och (vad gäller universum accelererande expansion) Länk 1. Under länk 2 (Ask an astronomer) finns ett stort antal länkar och frågor/svar om kosmologi.

/KS/lpe 2001-01-29

Svar:
Mörk materia märks enbart genom gravitationen. Vi vet inte vad den är.
Genom mätningar av variationerna i den kosmiska bakgrundsstrålningen
har man konstaterat att materien bara utgör 30% av universum. De
resterande 70% kallas mörk energi. Vi vet egentligen inte vad det är.
Av den vanliga (baryoniska) materien, som bara utgör ett par procent
av universum, är större delen osynligt. Den finns i form av mycket het
joniserad gas, i första hand bunden vid galaxhopar. Den kan påvisas
genom att den påverkar den kosmiska bakgrundsstrålningen genom
den så kallade Sunyaev-Zeldovich effekten (kolla länken). Alltså,
vad astronomerna kan studera direkt är bara 0.5% av universum.
Resten 99.5% är osynligt.
/KS/lpe 2001-03-21

Svar:
All materia i universum är uppbyggd av partiklar. Atomer t.ex. har en kärna av protoner och neutroner som är omgiven av elektroner. Protonerna och neutronerna består i sig av ännu mindre partiklar, s.k. kvarkar.

Till varje partikel finns en antipartikel - elektronen har en antielektron (även kallad positron), protonen har en antineutron, osv. Antipartiklarna har samma massa som partikeln men laddningen har motsatt tecken.

Antipartiklar finns normalt inte i fria i naturen, men kan skapas i laboratoriet t.ex. med hjälp av acceleratorer. Man tror dock att i det ögonblick vårt universum skapades i Big Bang (den stora smällen) fanns det lika mycket partiklar som antipartiklar, men på något sätt (som vi ännu inte förstår i detalj) förstördes nästan all antimateria efter en mycket kort tid.

Vad de är till för är svårt att svara på - fysiken sysslar normalt inte med frågan "varför?" utan hellre med "hur?"! Klart är dock att universum är fyllt av symmetrier, och antipartiklarnas egenskaper gör dem till spegelbilder av den vanliga materien.

Läs mer om antipartiklar på Antimatter Academy under länk 1 nedan.
/Margareta H 2004-01-20

Svar:
Hej Monica!

Jag har inte läst artikeln i "Teknik och Vetenskap" men hittade en notis om originalartikeln, länk 1. Det som står där är mycket sensationellt. Om den mörka materien är vanlig materia (atomer med elektroner) så är 10000 K alldeles för varmt! Det är varmare än solytan, och solen är inte mörk! (Vad gäller temperaturstrålning finns en del i frågelådan, se temperaturstrålning.)

Slutsatsen blir i så fall att den mörka materien troligen består av en ny klass av partiklar som kallas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Tidigare har man trott att dessa partiklar rörde sig mycket långsamt (mm/s), men om dessa resultat (9 km/s) är korrekta får man ändra uppfattning.

Nature-artikeln, länk 2 nedan (tyvärr endast tillgänglig för prenumeranter) och BBC-artikeln (länk i länk 1) gör det hela mycket klarare. Ledaren för arbetet, Gerry Gilmore, Cambridge University, UK, intervjuas av både Natures och BBCs journalister.

För det första antar man att det som utgör den mörka materinen inte växelverkar med ljus, dvs det strålar inte även om det rör sig snabbt och kolliderar. Detta är fullt möjligt fysikaliskt om man har en oladdad partikel som bara har ett grundtillstånd. Då skulle alla kollisioner vara elastiska, och inget ljus skulle skickas ut.

Man har upptäckt att den mörka materien tycks förekomma i "boxar" med en viss storlek (c:a 1000 ljusår) som man kallar "magisk volym". Man kan, om man vet boxens storlek och massa (som man bestämmer genom att mäta stjärnors röreler), räkna ut partiklarnas medelhastighet. Om partiklarna hade mycket lägre hastighet skulle gravitationen samla dem i en klump, om de hade mycket större hastighet skulle boxen lösas upp genom att partiklarna flydde.

Mätningarna har gjorts med teleskopgruppen VLT i Chile, se bilden nedan. Man har mätt stjärnrörelser i 12 dvärggalaxer som är satelliter till Vintergatan. Från rörelsen kan man räkna ut massan och om man subraherar den synliga massan (sjärnorna) får man fram mängden mörk materia.

Ett annat resutat man fått fram är att vintergatan har mycket större massa än man tidigare trott - den är större än andromedagalaxen M31 som man tidigare trott var den största in vår lokala lilla galaxhop.

Om den mörka materien består av WIMPS bör man kunna detektera dem med hjälp av stora scinillationsdetektorer som man bygger i djupa gruvor (för att elimenera den kosmiska strålningen av vanliga partiklar). Om WIMPsen rör sig med så höga hastigheter som 9 km/s bör det rimligen vara enklare att detektera dem.

Ett preprint till originalartikeln (allvarlig svårighetsvarning!) finns här: The mass of dwarf spheroidal galaxies and the missing satellite problem (artikeln är ännu inte publicerad). Artikeln innehåller dock nästan inget av de sensationella slutsatser som dras i intervjuerna i BBC- och Nature-artiklarna, så ännu en gång varning! Resultaten kan vara epokgörande, men de kan även vara fel eller övertolkade.

Avslutande kommentarer

Sådana här "halvvarma" WIMPs skulle kunna bättre förklara avsaknaden av tusentals små, massiva dvärggalaxer nära vintergatan.

Vad jag inte förstår riktigt är hur man kan räkna ut temperaturen från medelhastigheten utan att veta partiklarnas massa, se ekvation (1) i fråga [20164].

/Peter E 2006-03-15

Svar:
Mja, de roterar inte med konstant vinkelhastighet utan med i stort sett konstant hastighet, se nedanstående figur. Figuren visar Vintergatans rotation, men andra spiralgalaxer uppvisar liknande rotation.

Rotationshastigheten beror på fördelningen av massa i galaxen. Om densiteten är konstant i hela galaxen ut till en radie R kan man visa att rotationshastigheten på avståndet r ges av

v = sqrt(GM/R³)r      (1)

vilket innebär att vinkelhastigheten v/r är konstant. G är gravitationskonstanten och M är galaxens totala massa.

Om däremot den mesta massan är samlad i galaxens centrum (i vad som på engelska heter 'central bulge' eller i ett svart hål i centrum), så skulle hastigheten variera som

v = sqrt(GM/r)      (2)

(BÃ¥da ovanstÃ¥ende uttryck kan härledas genom att sätta gravitationskraften i Newtons gravitationslag GMm/r² lika med centripetalkraften mv²/r.)

Det observerade beroendet är alltså varken (1) (v ökar proportionellt med r) eller (2) (v minskar som 1/sqrt(r)) utan något mellanting där v är nästan konstant. Om massfördelningen vore densamma som fördelningen av ljusstyrkan så skulle fördelningen fortfarande mest likna (2). Detta betyder att det finns någon massa som inte sänder ut ljus. Detta är vad som kallas "mörk materia" och är det de flesta astronomer ser som den mest sannolika förklaringen, speciellt som det även finns andra indikationer på mörk materia.

Se fråga [20776] för rotationsriktning och varför spiralerna inte försvinner pga differentiell rotation.

Se vidare mörk materia, Galaxy_rotation_curve, Dark_matter och nedanstående länk.

/Peter E 2007-10-02

Svar:
Ja det kan tyckas konstigt att antipartiklar inte annihilerar varandra, men det finns andra saker som måste bevaras, t.ex. laddning. Låt oss titta på den först upptäckta mesonen, p-mesonen eller pionen.

Den neutrala pionen bestÃ¥r som synes i nedanstÃ¥ende figur av en up-kvark och en anti-up-kvark eller en ner-kvark och en anti-ner kvark (i själva verket är pionen en kombination av dessa). Dessa kan utan problem annihilera precis som en elektron och en positron. Kvar blir bara tvÃ¥ fotoner med hög energi. Eftersom det är en elektromagnetisk process gÃ¥r den mycket snabbt - medellivslängden för p⁰ är 10^-16 sekunder.

De laddade pionerna är kombinationer av en kvark och en anti-kvark av en annan typ. Den negativa pionen bestÃ¥r av en ner-kvark och en anti-upp-kvark. Denna kombination kan inte annihilera eftersom kvark och anti-kvark är av olika typ. Dessutom kan det inte bli bara strÃ¥lning kvar eftersom laddningen mÃ¥ste bevaras. Den negativa pionen mÃ¥ste därför sönderfalla med den svaga växelverkan via den intermediära bosonen W^-. Detta tar mycket längre tid, och jämfört med p⁰ är p^- "nästan stabil" med en livslängd pÃ¥ 10^-8 sekunder. Se vidare Pion.

Såvitt jag förstår kan elektronneutriner annihilera med anti-elektronneutriner men sannolikheten att de skall växelverka är mycket liten.

/Peter E 2008-12-15

Svar:
Enligt Nationalencyklopedin är materia det som alla föremål består av. Den långa artikeln materia av Tor Ragnar Gerholm (min ungdoms hjälte som populärvetenskaplig författare) är utmärkt - jag kan knappast uttrycka det bättre. Se även svaret från KS fråga [11568] och en bra Wikipedia-artikel Matter som behandlar många olika aspekter på begreppet (motsvarande svenska artikel är patetisk).

Enligt Nationalencyklopedin är antimateria materia som består av antipartiklar i form av antiatomer till skillnad från vanlig materia som består av atomer. Fysikaliska processer och fenomen är desamma i antimateria som i materia. Men materia och antimateria måste hållas helt åtskiljda för att inte förinta varandra. Antimateria finns därför inte naturligt i någon mängd i vårt solsystem, vår galax eller vår galaxhop. I stora smällen-modellen för universums uppkomst (big bang) antas materia och antimateria från början skapas i lika mängd; senare processer leder till materians dominans. I laboratorier har små mängder antimateria kunnat framställas.

Massa definieras i fråga [16048]. Massa är enligt den speciella relativitetsteorin ekvivalent med energi.

Energi är mer svårdefinierat, men det medför förändring, rörelse, eller någon form av uträttat arbete. Energi kan vara lagrad (potentiell energi eller lägesenergi) eller något som överförs.

Arbete definieras i fråga [13327]. Se även diskussionen i länk 1.
/Peter E 2009-10-02