Scientia

Unul dintre cele mai fascinante mistere din fizică este cel al dispariţiei antimateriei din Univers. Recent, în cadrul proiectului ALPHA, Cern, Geneva, cercetătorii au generat şi izolat atomi de antimaterie pentru mai bine de 1000 de secunde, un record.

În romanul “Îngeri şi Demoni”, al lui Dan Brown, este folosit termenul de antimaterie. Autorul prezintă antimateria drept un adevărat pericol, întrucât ar putea produce, prin anihilare cu materia, o explozie deosebit de puternică.

Ca să înţelegem ce este antimateria vom porni însă de la întrebarea: din ce este compusă lumea ce ne înconjoară şi, de ce nu, chiar noi? Din molecule, care la rândul lor sunt alcătuite din atomi. Atomii sunt constituiţi dintr-un mic nucleu central ce conţine protoni şi neutroni, în jurul căruia orbitează electroni. Protonii au sarcina electrică pozitivă in timp ce electronii, care au masa de circa 1800 de ori mai mică decât protonii, au sarcina electrică negativă.

Ei bine, antimateria este alcătuită din aşa-numitele antiparticule, adică particule care au aceeaşi masă cu particulele care formează materia "normală", însă sarcină electrică opusă. Avem astfel antiparticule ale electronilor, numite pozitroni, care au sarcina electrică pozitivă, şi antiprotoni cu sarcină electrică negativă. Aceste antiparticule se pot combina şi da naştere la atomi de antimaterie; cel mai simplu exemplu este cel al antihidrogenului, care este alcătuit dintr-un antiproton şi un pozitron.

De ce este aşa de interesant şi important studiul antimateriei? În primul rând pentru a înţelege dacă legile din lumea antimateriei sunt aceleaşi cu cele care guvernează lumea materiei. La ora actuală se ştie că nu este chiar aşa – există anumite diferenţe subtile între lumea materiei şi cea a antimateriei, diferenţe care ar fi putut avea drept consecinţă dispariţia antimateriei din Univers.

Într-adevăr, Universul pare compus doar din materie, ceea ce este oarecum bizar, deoarece teoria Big Bangului spune că în momentul acestui eveniment cantităţile de materie şi de antimaterie generate ar fi fost egale. Atunci unde este antimateria? Cum de nu o observăm în Univers? Facem o mică paranteză să precizăm cum ar putea fi observată antimateria în Univers: ar putea exista de exemplu galaxii compuse din antimaterie. În acest caz însă, la zona de contact între o galaxie de materie şi una de antimaterie ar avea loc o emisie enormă de energie în urma anihilării antimateriei cu materia.

Procesul de anihilare este ceea ce se întâmplă când particule de materie se întâlnesc cu cele de antimaterie şi, în urma conservării energiei, materia (masa) se transformă în energie (de exemplu în fotoni). Deci ar trebui să observăm regiuni în Univers la graniţa între materie şi antimaterie, unde se generează o cantitate enormă de energie. Noi nu observăm însă aşa ceva niciunde în Univers, aşa că oamenii de ştiinţă au tras concluzia că antimateria a dispărut cumva din Univers. Acest fapt s-ar fi putut petrece dacă legile de evoluţie ale materiei şi ale antimateriei sunt diferite....şi este exact ceea ce fizicienii au văzut în experimentele efectuate la acceleratoare de particule, unde au produs atât particule, cât şi antiparticule. Există diferenţe, de exemplu, între particulele care se numesc kaoni şi antiparticulele corespunzătoare (antikaoni).

Totuşi, misterul nu a fost complet rezolvat, deoarece la ora actuală diferenţa măsurată dintre lumea materiei şi cea a antimateriei nu este suficientă pentru a explica dispariţia completă a antimateriei din Univers. Este unul dintre motivele care au dus la naşterea unor noi cercetări dedicate studiului antimateriei, cum ar fi proiectul ALPHA de la CERN, Geneva, care studiază antihidrogenul. Formarea şi menţinerea în viaţă a antimateriei este însă extrem de dificilă, întrucât aceasta trebuie izolată (în vid) faţă de materie, căci altfel componentele celor două s-ar anihila.

ALPHA a anunţat recent că a reuşit să menţină izolaţi (într-o capcană magnetică) circa 300 de atomi de antihidrogen pentru 1000 de secunde, deci cam 16 minute. Ceea ce este un adevărat record, deoarece intervalul de timp este de trei mii de ori mai lung decât precedentul record (obţinut tot de ALPHA anul trecut)!

Obiectivul final este formarea unui număr suficient de atomi de antihidrogen care să fie menţinuţi în viaţă pentru un timp suficient de lung. Astfel, ar fi permis studiul comportamentului antimateriei (simetria CPT).

Citiţi şi: Antimateria, izolată pentru 16 minute!

Detalii suplimentare (eng.):
Interactions