Într-un articol publicat în noiembrie 2010 în revista Nature, laboratorul CERN prezintă producerea şi studiul unui număr mare de atomi de antimaterie. S-au obţinut şi au fost analizaţi antiatomi de hidrogen, formaţi dintr-un antiproton şi un pozitron.
Fizicienii speră ca studiul antimateriei să ducă la rezolvarea misterului dispariţiei în totalitate a antimateriei din Univers, la scurt timp după Big Bang.
Laboratorul european de fizica particulelor CERN, situat la Geneva, are un program vast de cercetări în domeniul Universului mic, al celor mai mici “cărămizi” ale materiei şi al interacţiunilor dintre ele. Cel mai cunoscut experiment de la CERN este coliziunea de protoni la viteze apropiate de viteza luminii la acceleratorul LHC. Astăzi însă veţi face cunoştinţă şi cu un altfel de experiment de la CERN, experimentul ALPHA, care produce şi studiază atomi de antimaterie.
Aceeaşi masă, sarcină opusă
Aproape fiecărei particule de materie îi corespunde o particulă de antimaterie, care are aceeaşi masă şi magnetism, dar sarcină electrică de semn schimbat faţă de particula de materie.
Prima particulă de antimaterie a fost descoperită în 1932 în radiaţiile de particule care vin din spaţiul cosmic. Este vorba de pozitron, electronul cu sarcină electrică pozitivă. Antiprotonul a fost descoperit şi el în 1959, la acceleratorul de particule Bevatron de la Universitatea Berkeley din SUA.
CERN, Elveţia.
Imagine din anul 2006
credit: theswimmingstar.deviantart.com
Antiatom de hidrogen: proton negativ şi electron pozitiv!
Cel mai simplu atom din Univers este atomul de hidrogen, format dintr-un proton (+) şi un electron (-). Pentru multă vreme, provocarea pentru comunitatea ştiinţifică a fost de a forma un atom de antihidrogen dintr-un antiproton negativ şi un electron pozitiv. Omenirea a trebuit să aştepte până în 1995, când la CERN au fost produşi în premieră în laborator primii atomi de antihidrogen.
În 2002, CERN a mai făcut un pas important, reuşind să producă şi mai mulţi atomi de antihidrogen şi astfel să îi poată studia în detaliu. Iar în articolul publicat în revista Nature, CERN a prezentat rezultatul cercetărilor lor cu privire la antiatomii de hidrogen.
Motivaţia pentru aceste experimente de la CERN este studiul legilor fundamentale ale antimateriei. Deşi majoritatea legilor fizicii elementare sunt identice pentru materie şi antimaterie, există un fenomen pentru care materia şi antimateria se comportă diferit. Aceasta este o veste foarte bună, pentru că teoria Big Bang-ului indică faptul că iniţial au fost produse simultan materie şi antimaterie.
Unde a dispărut antimateria?
Dar, pe de altă parte, Universul este format în prezent doar din materie. Unde a dispărut aşadar antimateria? Acesta este unul din marile mistere ale fizicii particulelor elementare, asemenea celui cu privire la originea masei particulelor elementare, adică al bosonului Higgs.
Atunci când materia şi antimateria se întâlnesc, ele se anihilează reciproc, ducând la producerea de energie şi alte particule. De aceea, dacă antimateria din Univers a dispărut, trebuie să fi anihilat o cantitate egală de materie. Dar atunci cum de mai e materie în Univers? Fizicienii au descoperit că există anumite particule compuse formate din quarcuri “bottom” şi quarcuri “strange” care oscilează între starea de materie şi antimaterie, dar într-un mod asimetric. Cercetând atomii de antimaterie, fizicienii speră să descopere alte diferenţe ale antimateriei faţă de materia obişnuită.
Pentru a nu "înghiţi" materie, antimateria este studiată în vid
Dar dacă atomii de antihidrogen se anihilează cu orice atom obişnuit de materie cu care se întâlnesc, în ce “container” reuşesc să îi menţină cercetătorii de la CERN pentru a îi putea studia?
Containerul este, de fapt, un câmp magnetic intens într-un spaţiu vidat. Astfel, atomii de antihidrogen sunt menţinuţi într-un anumit spaţiu unde nu există alţi atomi şi nu ajung să se ciocnească de pereţii acelui spaţiu. Dar aceasta nu durează prea mult timp, cel mult o zecime de secundă. Cam cât îi ia unui om să clipească rapid. Pare un interval scurt de timp, dar este unul foarte mare pentru lumea subatomică, timp suficient pentru ca atomii de antihidrogen să fie studiaţi.
Din câteva mii de atomi de antihidrogen produşi, doar 38 au fost menţinuţi cu succes în această capcană magnetică şi au fost prezentaţi în articolul prezentat în revista Nature. CERN este singurul laborator din lume care a produs şi poate produce atomi de antihidrogen.
Misterul dispariţiei antimateriei din Univers este unul din cele mai profunde ale fizicii moderne. CERN a reuşit să dezvolte tehnologii care permit producerea şi captarea unui număr mare de atomi de antihidrogen. Cu cât mai mulţi, cu atât vor fi studiaţi mai bine şi poate vom descoperi o lege nouă despre antimaterie.
Declaraţia de presă a CERN despre studiul privind antimateria poate fi găsită aici.
