Bestaat er zo iets als het tegenovergestelde van materie?

Antwoord

De materie waaruit onze dagelijkse omgeving is opgebouwd bestaat uit elementaire deeltjes: protonen, neutronen en electronen.

Voor elk van die elementaire deeltjes bestaat er ook een anti-deeltje dat een aantal dezelfde eigenschappen heeft als het deeltje (massa en spin) en een aantal tegengestelde (bijvoorbeeld de elektrische lading). Zo is het anti-deeltje van het bekende elektron het positron, eerst wiskundig voorspeld door Nobelprijswinnaar P.A.M. Dirac en kort daarop ook experimenteel waargenomen.

Dus voor alle duidelijkheid: een positron heeft nog steeds dezelfde massa als het elektron, dus geen negatieve massa. De lading van het positron is positief, in tegenstelling tot de negatieve lading van het elektron. Ook andere anti-deeltjes hebben nog steeds een positieve massa, maar hun lading (en nog enkele andere kenmerken) zijn tegengesteld aan die van het "'gewone" deeltje.

Indien een elektron en een positron botsen zullen ze elkaar annihileren. Hun massa wordt daarbij volledig omgezet in energie volgens de gekende formule E = mc². Er ontstaan dan twee gamma-fotonen (dit zijn zeer energetische fotonen, nog energetischer dan X-stralen). De fotonen hebben elk een energie van 511keV. Hun gezamelijke energie stemt precies overeen met de totale massa van het gebruikte elektron en positron. Annihilatie van electronen en positronen is een proces dat nog steeds veelvuldig actief is in het heelal. Het is te herkennen aan de hierbij geproduceerde gammastraling van 511 keV. De 2de figuur bij dit antwoord toont het gammaspectrum van het centrum van onze melkweg, met een duidelijke emissie op 511 keV.

Omgekeerd kan een gammafoton, waarvan de energie ten minste 2x 511 keV is aanleiding geven tot paarcreatie van een elektron-positron paar. De bijgevoegde foto toont de sporen van zo'n paarcreatie in een bellenkamer van een deeltjesverneller van CERN. In de kamer heerst een magnetisch veld waardoor het elektron en het positron elk een tegengestelde richting opdraaien, wegens hun tegengestelde lading.

Voor zover we weten bestaat het heelal vrijwel volledig uit materie. Waarom dit zo is is nog steeds een van de grootste raadsels van de natuurkunde. Bij de big bang werden materie en antimaterie gevormd is een verhouding (schatting !)  1000 000 0001 deeltjes materie tegen 1000 000 000 deeltjes antimaterie. Een miljard deeltjes antimaterie annihileerden steeds met een miljard deeltjes materie, zodat er steeds één deeltje materie overbleef. Dat is materie waaruit het heelal nu bestaat. Waarom die asymmetrie er was weten we niet zeker. Of er ver weg in het heelal uitgestrekte delen uit antimaterie bestaan weten we ook niet.

Over materie en anti-materie vind je heel wat "informatie": zowel wetenschappelijk betrouwbare informatie als verzinsels waarbij men, vooral niet gehinderd door enig gezond verstand, allerlei spectaculaire eigenschappen en toepassingen meent te zien. Leuk voor science fiction films, dat wel, maar doorgaans compleet onrealistisch.

Als je op internet nog verdere informatie zoekt is het dan ook best de nodige kritische aandacht te besteden aan de aard van de website. Sites van NASA, ESA en universiteiten zijn betrouwbaar. Ook het artikel op de engelstalige wikipedia over "antimatter" is in orde, en bevat onderaan enkele goede referenties.