Wat is antimaterie? En wat kunnen we ermee?

Natuurkundige Paul Dirac voorspelde het in 1928 al: elk stukje materie zou een tegenovergesteld stukje antimaterie moeten hebben. Antimaterie is materie die bestaat uit de antideeltjes van de overeenkomstige deeltjes in gewone materie. Dat klinkt ingewikkeld, maar het is logischer dan je denkt.

Wat is antimaterie?

Om te begrijpen wat antimaterie is, moeten we eerst weten welke eigenschappen ‘gewone’ materie heeft. Voor dit voorbeeld gebruiken we een elektron: het eerste stukje materie waarvan Dirac in de jaren 20 voorspelde dat er ook een ‘antivariant’ van bestaat.

Een elektron is een elementair deeltje. Dat betekent dat een elektron niet in andere deeltjes is op te delen. Misschien ken je elektronen wel als de elektrisch geladen deeltjes die rond een atoomkern zweven. Elektronen zijn altijd negatief geladen, terwijl de atoomkern positief geladen is. Zo houden ze elkaar in balans. Omdat een elektron altijd negatief geladen is, noteren we dit deeltje als e⁻.

Leestip: Wat is donkere materie?

Een elektron is dus een stukje materie. Maar wat Dirac in de jaren 20 voorspelde, is dat er voor elk stukje materie ook een stukje antimaterie bestaat. Een antideeltje lijkt in veel opzichten op een gewoon deeltje, maar er zijn ook belangrijke verschillen.

Zo heeft een antideeltje dezelfde massa en spin als het corresponderende gewone deeltje, maar precies de tegenovergestelde elektrische lading. In het geval van een elektron is een gewone elektron dus negatief geladen (e⁻), maar een anti-elektron positief (e⁺). Een anti-elektron wordt daarom ook wel een positron genoemd.

Bestaat antimaterie echt?

Dat een positron echt bestaat, werd in 1932 bewezen door astrofysicus Carl Anderson. Door negatief geladen elektronen in een speciaal apparaat door een magneetveld te laten bewegen, kon hij zien wat voor spoor ze nalieten. Dat zag eruit als op de foto hieronder.

De eerste foto van de baan van een positron in een nevelvat; een wetenschappelijk instrument waarmee sporen van kleine deeltjes zichtbaar kunnen worden gemaakt. De baan van de positron is zichtbaar als een gebogen lijn die in het midden van de foto een loden plaat doorkruist. De positron beweegt van onder naar boven en buigt naar links, wat betekent dat het deeltje een positieve lading heeft.

Op deze manier kon Anderson observeren dat sommige elektronen zich anders gedroegen dan andere: ze hadden dezelfde massa als een gewone elektron, maar bewogen precies de tegenovergestelde richting op. De richting die je zou verwachten van een positief geladen elektron.

Wat Dirac enkele jaren eerder voorspelde, bleek dus te kloppen: er bestaat een versie van een elektron die niet negatief, maar positief geladen is. De ontdekking van de antimaterie was een feit.

Wat kun je met antimaterie?

Materie en antimaterie zijn dus, letterlijk, elkaars tegenpolen. Wat dat in de praktijk betekent is dat, als een elektron en een positron met elkaar in aanraking komen, ze elkaar vernietigen. Dat noemen we annihilatie.

Als een deeltje en een antideeltje elkaar annihileren, wordt hun massa omgezet in energie. Dat gaat volgens de beroemde formule van Einstein: E = mc². De energie die vrijkomt (E) is de som van de massa’s van het deeltje en het antideeltje (m) keer de lichtsnelheid in het kwadraat (c²).

Gelukkig komen er in ons sterrenstelsel geen ‘wilde’ antideeltjes voor, want anders zou er constant annihilatie plaatsvinden. Wel kunnen we zelf antideeltjes maken, om zo bijvoorbeeld gebruik te maken van de energie die vrijkomt bij annihilatie.

Leestip: Zwaartekracht: wat is het en hoe bereken je het?

Zo wordt antimaterie al gebruikt in ziekenhuizen om bijvoorbeeld PET-scans te maken en zo kanker, Alzheimer en Parkinson op te sporen. Ook wordt er onderzocht of we antimaterie in de toekomst mogelijk als brandstof zouden kunnen gebruiken.

In theorie zou het namelijk mogelijk moeten zijn om een raket met antimaterie aan te drijven. Op dit moment zijn we echter nog niet in staat om genoeg antimaterie te produceren en op te slaan om dat voor elkaar te krijgen.

Waar is alle antimaterie?

Een antideeltje en een gewoon deeltje ontstaan altijd tegelijkertijd. Dat betekent dat elk deeltje in het universum een bijbehorend antideeltje heeft. Wat wetenschappers daarom nog altijd niet begrijpen, is waarom ons universum alleen maar uit materie bestaat. En waarom het universum niet in zijn geheel is geannihileerd tijdens de oerknal.

Een van de mogelijke verklaringen hiervoor is dat alle antimaterie die tijdens de oerknal is ontstaan nog ergens in het universum rondzweeft. Misschien dat er dus wel een anti-aarde bestaat met een antivariant van jou erop. Wie weet.

Steun de missie van National Geographic en krijg onbeperkt toegang tot National Geographic Premium. Word nu lid!