De praktische toepassingen van antimaterie

Het was een topweekend voor antimateriefans, want CERN heeft bekendgemaakt dat het hele atomen van het pittige, ongrijpbare spul meer dan 16 minuten heeft vastgehouden.

Dat is de langste tijd die iemand erin is geslaagd om antimaterie-atomen vast te houden – ze zijn beroemd moeilijk te vangen omdat antimaterie annihileert wanneer het materie tegenkomt.

Het in Genève gevestigde CERN deed de gebruikelijke proclamatie die gepaard gaat met doorbraken in antimaterie: we zijn nu een stap dichter bij het oplossen van de grote mysteries van de natuur en het universum. Bij de oerknal zou een gelijke hoeveelheid materie en antimaterie moeten zijn ontstaan. Maar antimaterie is schaars; dus hopen wetenschappers te weten te komen wat ermee is gebeurd en hoe het werkt. Dat zou op zijn beurt ons fundamentele begrip van gewone materie weer op losse schroeven kunnen zetten.

“De helft van het heelal is verdwenen, dus een soort herbezinning staat blijkbaar op de agenda,” zei Jeffrey Hangst van CERN bij de aankondiging van de 16 minuten durende prestatie.

Het valt niet te ontkennen dat de vooruitgang van CERN grote mogelijkheden biedt, dus die discussie laat ik aan anderen over.

In plaats daarvan maak ik van de gelegenheid gebruik om een andere kant van antimaterie te belichten: de praktische of, zelfs, alledaagse kant ervan.

Eén ding over antimaterie is zeker, en dat is dat het explodeert als het materie ontmoet. Als je daar gebruik van maakt, zijn de gebruiksmogelijkheden onbegrensd

Ziekenhuis PET-scans bijvoorbeeld zijn waarschijnlijk de meest gangbare toepassing van antimaterie. De “P” in PET staat voor positron, een subatomair antimateriedeeltje. De medische wereld gebruikt Positron Emissie Tomografie om positronen in de hersenen te injecteren en te kijken naar de gammastralen die flitsen wanneer de positronen elektronen van normale materie tegenkomen. De twee vernietigen elkaar en geven een lichtpatroon af dat in een aangetast brein anders is dan in een normaal brein, waardoor neurologische afwijkingen aan het licht komen.

Ook proberen onderzoekers over de hele wereld positronen te gebruiken om zwakke plekken en afwijkingen in allerlei materialen en dingen aan het licht te brengen, variërend van metalen en halfgeleiders tot aspirine, ijs en chips.

Toen ik voor het laatst met deskundigen op dit gebied sprak – toegegeven, enkele jaren geleden – was ik geïntrigeerd door de mogelijkheden. De natuurkundige Paul Coleman van de Universiteit van Bath in Engeland vertelde me toen dat positronen van nature de gaten ter grootte van een atoom vinden in de kristalroosters waaruit een metaal is opgebouwd. Gammastraaldetectoren, zoals bij een PET-scan, zouden kunnen zien waar de positronen neerstrijken en zo zwakke plekken onthullen. Zoals Coleman zei: “een scheur begint altijd op atomaire schaal, die overgaat in een grotere scheur die ertoe leidt dat je vliegtuigvleugel eraf valt.

Dat is een extreem voorbeeld. Maar het punt is dat onderzoekers door kwetsbaarheden op atomair niveau te ontdekken, sterkere materialen kunnen ontwikkelen voor de bouw van elektronische chips, vliegtuigen, treinen, auto’s, wolkenkrabbers, bruggen, wegen, enzovoort.

Coleman is geen eenmalige mafkees. Er zijn genoeg andere natuurkundigen en ingenieurs die zich hiermee bezighouden.

Wil je bewijs? Ga naar de website van niemand minder dan de Positron Annihilation Community. Dat klopt, de Positron Vernietiging Gemeenschap. Iedereen moet tegenwoordig een gemeenschap hebben, dus je zou positron annihilators toch niet willen discrimineren? De website nodigt u uit om “te leren over de mogelijkheden van praktische toepassing van Positron Annihilatie” op allerlei gebieden, waaronder metalen, halfgeleiders, diëlektrische materialen en polymeren.

Professor David Parker aan de Universiteit van Birmingham is een fysicus in de voorhoede van het positronenonderzoek. Zijn groep produceert positron-emitterende isotopen “die worden gebruikt om tracerdeeltjes te markeren, zowel voor het bestuderen van real-time stroming in industriële processen als voor diagnose in ziekenhuizen”, aldus zijn webpagina. “Door het detecteren van de back-to-back emissie van gammastralen die de annihilatie van een positron en elektron paar volgen, is beeldvorming met millimeter precisie mogelijk in toepassingen variërend van de distributie van smeermiddelen in motoren en dynamische studies van vloeistofstroming door geologische monsters,” aldus de pagina.

De positronen van vandaag zijn meestal afkomstig van dure cyclotrons die isotopen van elementen maken die op hun beurt positronen uitzenden als ze vervallen.

In de loop der jaren hebben bedrijven als Intel, Unilever, United Biscuits en Rolls Royce onderzoek gedaan naar het gebruik van antimaterie in alles van het maken van een sterkere elektronische chip tot een knapperiger aardappelchip, en van een betere aspirinecoating tot gladdere motorolie.

En laten we niet vergeten dat antimaterie, met al zijn explosiviteit, de brandstofbron was die Star Trek’s Starship Enterprise zo effectief door melkwegstelsels joeg. Natuurlijk hoefde kapitein Kirk zich geen zorgen te maken over de prijs van antimaterie – in 1999 schatte de NASA dat het 62,5 biljoen dollar kost om één gram antimaterie te produceren. Maar misschien is het stof tot nadenken voor degenen die de stoute schoenen durven aantrekken voor een post-elektrische, post-waterstof wereld van voortbeweging.