Scientia

Pentru fiecare particulă constituentă a materiei aşa cum o percepem şi cunoaştem noi, există un corespondent într-o lume ascunsă observatorului de pe Terra, o aşa-zisă antiparticulă. Toate aceste antiparticule compun lumea antimateriei.

Antiparticulele au proprietăţi similare cu corespondentele lor din materia obişnuită, adică au aceeaşi masă şi aceleaşi dimensiuni, numai că sunt încărcate opus din punct de vedere electric. Când o particulă vine în contact cu o antiparticulă, ele se anihilează reciproc, dispărând, iar suma maselor lor este convertită, respectându-se celebra echivalenţă masă-energie descoperită de Einstein, în energie sub formă de radiaţie electromagnetică din zona razelor gamma.

Existenţa antimateriei a fost prezisă la nivel teoretic de o serie de ecuaţii matematice dezvoltate de fizicianul Paul Dirac, în încercarea sa de a combina teoria relativităţii cu ecuaţiile care guvernează comportamentul electronilor. Pentru a da sens practic formulelor matematice folosite, Dirac a trebuit să prezică existenţa unei particule similare electronului, dar încărcată cu sarcină electrică pozitivă. Particula aceasta, numită de el pozitron în 1929, avea să fie descoperită experimental în 1932. Alte particule de antimaterie au fost descoperite în 1955, când experimentele realizate cu ajutorul acceleratoarelor de particule din epocă au confirmat existenţa antiprotonului şi a antineutronului.

Unde există antimaterie ?

În afara unor regiuni ale Universului aparţinând unor galaxii îndepărtate, zone în care oamenii de ştiinţă presupun că au localizat antimaterie, pe Terra antiparticulele pot fi produse şi studiate în acceleratoarele de particule cum sunt cele de la CERN, din Elveţia. Antiparticula corespunzătoare electronului, pozitronul, ne este destul de la îndemână. Are aceeaşi masă ca şi electronul, numai că este încărcat pozitiv din punct de vedere electric. Producerea de pozitroni presupune fie folosirea unor acceleratoare de particule de dimensiuni relativ mici, în cadrul cărora, atunci când particulele elementare sunt accelerate la viteze apropiate de viteza luminii, se generează pozitroni în urma ciocnirilor care se petrec, fie generarea pe cale artificială a unor izotopi radioactivi care emit pozitroni în momentul în care suferă procesul de descompunere de tip beta-plus (asemenea compuşi chimici sunt folosiţi şi în cadrul tomografului cu emisie de pozitroni). Când un pozitron întâlneşte un electron, cele 2 particule se anihilează, rezultând astfel energie sub formă de radiaţie de tip gama.

Ce este pozitroniumul ?

Atunci când un electron şi un pozitron se unesc, dau naştere unei entităţi pe care oamenii de ştiinţă au botezat-o pozitronium. În cadrul unui atom există un nucleu greu format din protoni şi neutroni, încărcat pozitiv din punct de vedere electric, şi în jurul căruia orbitează electroni. Când vorbim despre pozitronium, avem de-a face cu un alt tip de nucleu, reprezentat de un pozitron. Este un atom exotic, foarte uşor, şi care are o durată de viaţă extrem de redusă, 120 de picosecunde sau 142 de nanosecunde (timpul care trece până la anihilarea reciprocă a celor 2 particule), în funcţie de configuraţia pozitroniumului. S-au generat artificial chiar şi structuri ceva mai complexe, un fel de molecule de pozitronium.

Se poate folosi antimateria pentru a construi bombe, pentru propulsia vehiculelor spaţiale sau pentru a genera energie ?

Filmele de anticipaţie propun metode de propulsie în spaţiul cosmic bazate pe reacţia dintre materie şi antimaterie. Teoretic este posibil dar nu este un scenariu realist, cel puţin nu în viitorul apropiat. Pentru a realiza aşa ceva ar fi nevoie de cantităţi enorme de antimaterie, imposibil de găsit sau produs pe cale experimentală aici, pe Pământ. Procedura de obţinere a antimateriei este extrem de costisitoare şi mai există şi impedimentul generat de anihilarea foarte rapidă a antiparticulelor la contactul cu particulele de materie obişnuită. Acceleratoarele de particule existente au generat până acum pozitroni în cantităţi de ordinul nanogramelor. Costurile sunt atât de ridicate că ar fi nevoie de resurse financiare comparabile cu Produsul Intern Brut al Statelor Unite ale Americii de la nivelul anului 2004 pentru a produce un gram de antimaterie.