Odkrycie antymaterii pozwoli odpowiedzieć na pytanie, dlaczego powstał wszechświat „To przełom, który otworzy nowe horyzonty, umożliwi naukowcom badanie symetrii w naturze oraz eksplorację fundamentalnych praw fizyki rządzących wszechświatem”, cieszy się profesor Michael Charlton z Uniwersytetu Walijskiego w Swansea. Dr Alan Kostelecky z Wydziału Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Stanu Indiana mówi o „fenomenalnym osiągnięciu technicznym”, porównywalnym do pierwszego lotu braci Wright. „Nikt nie jest w stanie przewidzieć, do czego doprowadzi ludzkość to odkrycie”, mówi Kostelecky. Entuzjazm ekspertów wywołało bezprecedensowe osiągnięcie zespołu naukowców pracującego w ramach programu ATHENA w Europejskim Laboratorium Fizyki Cząstek (CERN) pod Genewą. Wytworzyli oni ponad 50 tys. atomów antywodoru, które istniały, jak na antymaterię, niezwykle długo – nieco mniej niż jedna setna sekundy. Można to uznać za niemal produkcję masową. Przed siedmiu laty specjaliści z CERN wytworzyli dziewięć atomów antywodoru, które zanim uległy anihilacji w zetknięciu z materią, „żyły” zaledwie czterdzieści miliardowych części sekundy. Jak wyjaśnił dr Rolf Landua, rzecznik grupy badawczej ATHENA, najpierw protony, czyli „nagie” jądra atomowe wodoru, zostały rozpędzone w wielkim akceleratorze niemal do szybkości światła. Kiedy z taką prędkością uderzały w „tarczę” z irydu, tworzyły się antyprotony – podobne cząsteczki, jednak o ujemnym ładunku elektrycznym. Skierowano je do deceleratora, pierścienia o średnicy 60 m, gdzie za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych ograniczono ich prędkość do jednej dziesiątej szybkości światła. Następnie antyprotony zostały uwięzione w atomowej pułapce utworzonej z pól elektromagnetycznych. Tam obniżono ich energię do temperatury minus 258 stopni Celsjusza (zaledwie 15 stopni powyżej zera absolutnego!). W innej „pułapce” wytworzono pozytrony, czyli antyelektrony (z ładunkiem dodatnim), pochodzące z rozpadu radioaktywnego sodu. Dwie chmury cząsteczek zostały połączone. Niektóre pozytrony wiązały się z antyprotonami, tworząc atomy antywodoru. Te miały już ładunek neutralny, elektromagnetyczne więzienie nie mogło więc ich zatrzymać. Atomy antywodoru po zetknięciu ze ścianą cylindra zbudowaną ze „zwykłej” materii ulegały więc unicestwieniu. Podczas anihilacji wyzwoliło się promieniowanie gamma oraz osobliwe cząsteczki światła zwane pionami. Właśnie na podstawie analizy tych „błysków” naukowcy doszli do wniosku, że w ciągu trzech minut powstało 50 tys. atomów antywodoru. W CERM pracują dwa konkurencyjne zespoły badawcze: ATHENA i ATRAP. Zazdrosny rzecznik ATRAP, fizyk z Harvardu Gerald Gabrielse, początkowo wyrażał wątpliwość, czy antymateria rzeczywiście została wyprodukowana. Potem przyznał, że konkurenci odnieśli sukces, zaznaczył wszakże, że jego zespół dokonał podobnego eksperymentu (aczkolwiek na większą skalę), już przed dwoma laty. Pytany o praktyczne skutki odkrycia duński fizyk Jeffrey Hangst z zespołu ATHENA powiedział, że nie doprowadzi ono do budowy lepszych telewizorów czy komputerów, lecz może pozwoli wyjaśnić jedną z największych tajemnic kosmologii – dlaczego powstał wszechświat, złożony niemal wyłącznie z materii. Oprócz tego badacze ATHENY zamierzają sprawdzić, czy prawdziwa jest ogólna teoria względności Einsteina i inne założenia dotyczące uniwersum. Zgodnie z obowiązującą obecnie w nauce teorią, cząsteczki materii powinny zachowywać się tak jak cząsteczki antymaterii. W następnym eksperymencie atomy antywodoru zostaną jeszcze bardziej schłodzone i potraktowane światłem lasera. Jeżeli „przeskakujące” na wyższą orbitę atomową pozytrony antywodoru zachowają się podobnie jak elektrony wodoru, świadczyć to będzie, że teoria jest w porządku. Jeśli nie, „podręczniki fizyki trzeba będzie napisać od nowa, bowiem pominięto w nich jakieś fundamentalne prawo natury”, wyjaśnia Jeffrey Hangst. Antymateria stanowi lustrzane odbicie materii, różni się od niej tylko ładunkiem elektrycznym. „Normalne” elektrony mają ładunek ujemny, protony zaś dodatni. Cząsteczki antymaterii naładowane są odwrotnie – antyelektrony mają znak dodatni, antyprotony – ujemny. Oba rodzaje materii nie mogą współistnieć, przy zetknięciu ulegają anihilacji, zamieniając się w energię. Właśnie z tego procesu pochodzi energia, która ogrzewa cały wszechświat. Przed 14 mld lat, tuż po Wielkim Wybuchu, który stał się początkiem uniwersum, powstały zarówno materia jak antymateria. Uległy one natychmiast anihilacji, w niewyobrażalnej eksplozji wyzwalając ogromne ilości energii. Według niektórych hipotez, materii
Tagi:
Jan Piaseczny
