Scientia

Cât cântăreşte antimateria? Este oare posibil ca aceasta, într-un câmp gravitaţional, să simtă o forţă antigravitaţională? Un nou experiment, în cadrul căruia se studiază atomi exotici compuşi din particule de materie şi de antimaterie, încearcă să ofere un răspuns.

Experimentul va ajuta oamenii de ştiinţă să înţeleagă mai bine misterele antimateriei şi ale forţei gravitaţionale. Rezultatele ar putea să aibă implicaţii extrem de interesante şi pentru descifrarea enigmei energiei întunecate sau a dispariţiei antimateriei din Univers.

Cu toţii suntem obişnuiţi ca atunci când, într-un câmp gravitaţional cum ar fi cel al Pământului, scăpăm un obiect din mână, acesta să cadă pe sol. Am fi cu adevărat uluiţi să vedem obiectul luând-o în sus şi, cu o mişcare din ce în ce mai rapidă, dispărând din faţa ochilor noştri.

Evident, această constatare se bazează pe experienţa noastră de zi cu zi, pe faptul că de fiecare dată când repetăm experimentul cu căderea corpurilor acestea o iau spre Pământ. Spunem că forţa gravitaţională este atractivă, ba mai mult, deducem că este mereu atractivă. Nu există o forţă gravitaţională repulsivă, aşa-numita forţă antigravitaţională; sau cel puţin nimeni nu a descoperit-o până acum.

Majoritatea oamenilor de ştiinţă sunt convinşi că acest caracter atractiv al forţei gravitaţionale se menţine şi în lumea antiparticulelor şi a antimateriei. Antiparticulele sunt asemănătoare cu particulele, având aceeaşi masă, însă alte caracteristici, cum ar fi sarcina electrică. Opuse. Fiecărei particule îi corespunde o antiparticulă. Astfel, anti-electronul, numit şi pozitron, ar avea o sarcină electrică pozitivă, în timp ce anti-protonul o sarcină electrică negativă. Ar putea foarte bine să existe antimaterie, alcătuită din antiprotoni şi antineutroni în nuclee şi pozitroni orbitând în jurul acestora.

Cum s-ar comporta antimateria într-un câmp gravitaţional? Mai toţi oamenii de ştiinţă sunt convinşi că efectul forţei gravitaţionale ar fi identic cu cel exercitat asupra materiei – adică atractiv: antimateria ar „cădea” într-un câmp gravitaţional la fel ca materia. Există însă câţiva oameni de ştiinţă care nu exclud posibilitatea ca antimateria să o ia în sens opus materiei, de îndată ce ar fi lăsată liberă într-un câmp gravitaţional. Cu alte cuvinte, antimateria ar putea să simtă un efect de gen repulsiv, şi nu atractiv.

Înţelegerea comportării antimateriei într-un câmp gravitaţional ar putea ajuta la dezlegarea unor mistere din lumea fizicii. Acest lucru ar avea efecte extrem de interesante. Printre acestea ar fi şi înţelegerea unor mistere cum ar fi: unde a dispărut antimateria din Univers, ţinând cont de faptul în momentul Big Bangului au fost create în aceeaşi cantitate, iar astăzi nu pare să existe urme de antimaterie în Univers? Sau: ce este energia întunecată, această formă de energie care reprezintă circa 70% din energia totală din Univers şi care duce la o expansiune accelerată a acestuia, ca un fel de forţă antigravitaţională? Ei bine, dacă cumva se va descoperi că antimateria simte un efect antigravitaţional, aceste mistere ar putea să fie dezlegate: ar depinde tocmai de acest comportament!

Recent, un grup de oameni de ştiinţă de la University of California Riverside au propus studierea unui sistem compus dintr-un electron şi un pozitron, un fel de atom exotic, numit pozitronium. Oamenii de ştiinţă speră să reuşească crearea unui număr suficient de mare de astfel de sisteme care să trăiască suficient de mult, astfel încât să poată studia modul în care acestea „cad” în câmpul gravitaţional al Pământului.

Dacă asupra pozitronului se exercită acelaşi efect atractiv al forţei gravitaţionale ca şi asupra electronului, atunci efectul net al forţei gravitaţionale asupra pozitroniumului va fi de „cădere”; dacă pozitronii însă simt o forţă antigravitaţională, atunci aceasta va compensa pe cea gravitaţională simţită de electroni şi întregul sistem, pozitroniumul, nu va fi, aparent, afectat de câmpul gravitaţional. În acest fel se vor obţine informaţii clare asupra modului în care antimateria se comportă în câmp gravitaţional şi, în funcţie de răspuns, am putea fi cu un pas mai aproape de descifrarea unor mari mistere ale fizicii moderne: unde a dispărut antimateria din Univers şi ce este energia întunecată. Ba chiar am putea visa la motoare extrem de eficiente care folosesc, pentru călătorii în spaţiu, antimateria şi antigravitaţia.

Pentru cine este interesat – articolul original se găseşte (în engleză) la:
prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i4/e043401