Universul: reţetă şi ingrediente, partea a VIII-a
În această parte a articolului introduc pe înţelesul tuturor ideea de antimaterie, despre care vom povesti şi în următoarele două părţi.
Cantitatea de radiaţie scade pe măsură ce ne ridicăm de la sol, până la 1-2 kilometri. Apoi începe iarăşi să crească pe măsură ce creşte altitudinea, datorită radiaţiei care vine din spaţiul cosmic şi loveşte atmosfera Pământului. Radiaţia cosmică a fost descoperită de Victor Hess în 1912.
Introducere
În cele şapte părţi precedente am explorat răspunsurile umanităţii de-a lungul mileniilor la întrebarea profundă din ce suntem formaţi, atât noi ca materie vie, cât şi ceea ce ne înconjoară ca materie nevie. Am văzut cum în Grecia Antică se credea că ingredientele fundamentale ale Universului sunt apa, aerul, pământul şi focul, dar cum în ultimii 250 de ani ştiinţa modernă a înţeles că acestea sunt de fapt elemente chimice, care sunt formate din atomi, care sunt formaţi din protoni, neutroni şi electroni. Am văzut cum grecii antici nu aveau nici cea mai mică idee despre reţeta după care cele patru elemente fundamentale se combină, dar cum ştiinţa modernă a arătat că reţeta Universului este formată din trei forţe fundamentale, care ţin protonii, neutronii şi electronii împreună: forţa electromagnetică, forţa nucleară tare şi forţa nucleară slabă. În fascinanta noastră călătorie, am ajuns aşadar la borna kilometrică a anului 1932. Oamenii de ştiinţă credeau atunci că au înţeles cu totul Universul şi chiar regretau că nu mai au ce descoperiri noi să facă în fizică. Nu mare le-a fost mirarea când imediat după a fost descoperită o nouă particulă subatomică, un nou ingredient al Universului, despre care nu se ştia însă ce rol ar putea juca în reţeta Universului. Vom vorbi în acest articol despre una din aceste descoperiri surprinzătoare: radiaţiile cosmice, care au dus apoi la descoperirea ... antimateriei şi nu numai.
1896: descoperirea radioactivităţii
Pentru aceasta, trebuie să ne întoarcem puţin în timp. În 1896 a fost descoperit de fizicianul francez Becquerel un fenomen prin care anumite elemente chimice, precum uraniul, emit radiaţii, adică particule subatomice aruncate cu viteză mare din interiorul atomului. Fenomenul a fost apoi studiat detaliat de soţii Curie tot în Franţa, care au descoperit, cam prin anul 1902, noi elemente chimice radioactive. Imediat a început să studieze detaliat radioactivitatea şi fizicianul englez Ernest Rutherford, când a fost trimis la universitatea McGill din Montreal, pentru a pune pe picioare un departament serios de fizică şi în Canada. În acei câţiva ani la McGill, Rutherford a înţeles că particulele emise sunt de trei tipuri: radiaţii alfa (nuclee de heliu, adică formate din doi protoni şi doi neutroni), radiaţii beta (electroni) şi radiaţii gama (fotoni, adică particule de lumină). Pentru aceasta a luat premiul Nobel pentru Chimie în 1907. După ce s-a întors în Anglia, a folosit radiaţiile alfa pentru a bombarda o foiţă de atomi de aur, iar cu aceasta a descoperit în 1910, acum o sută de ani, nucleul atomului.
1912: descoperirea radiaţiilor cosmice
Ajungem aşadar în anul 1912. Atunci se ştia că şi solul are o radioactivitate naturală, pentru că în sol sunt cantităţi foarte mici, dar măsurabile, de uraniu şi alte elemente chimice radioactive. Se construiseră deja detectoare performante de radiaţie şi părea evident că pe măsură ce te ridici la o înălţime mai mare, cantitatea de radiaţie provenită de la sol trebuie să scadă. Ei bine, chiar asta şi-a propus să verifice experimental fizicianul austriac Victor Hess în 1912. La început a realizat experimentul în turnul Eiffel din Paris, pe atunci cea mai înaltă construcţie din lume. Pentru a studia fenomenul la înălţimi şi mai mari, Hess a aranjat să zboare cu un balon până la 5.000 de metri. A realizat măsurători atât ziua cât şi noaptea, pentru a avea toate datele disponibile. La sfârşit, a arătat lumii o mare descoperire: cantitatea de radiaţie scade într-adevăr pe măsură ce ne ridicăm de la sol şi face aşa timp de cam 1-2 kilometri. Dar apoi, surprinzător, începe iarăşi să crească. Şi creşte încontinuu pe măsură ce creşte altitudinea. Există o singură explicaţie, a conchis Hess: există radiaţie care vine din spaţiul cosmic şi loveşte atmosfera Pământului. Victor Hess descoperise aşadar radiaţiile cosmice.
1932: descoperirea antimateriei
Descoperirea sa a fost reprodusă cu succes de fizicianul american Robert Millikan în 1925. Imediat acesta a creat un program intens de cercetare a radiaţiilor cosmice la universitatea Caltech, în California, unde, în 1932, studentul său Carl Anderson a descoperit în radiaţiile cosmice un nou ingredient fundamental al Universului, un frate geamăn al electronului, anume particula de antimaterie corespunzătoare electronului. Este vorba de o particulă cu toate proprietăţile electronului, numai că în loc să fie negativ din punct de vedere electric, este pozitiv. I s-a dat numele de antielectron sau pozitron.
În1932, în radiaţia cosmică, a fost descoperit un nou ingredient fundamental al Universului, pozitronul, o particulă de antimaterie corespunzătoare electronului. El este fratele geamăn al electronului, numai că loc să fie negativ din punct de vedere electric, este pozitiv.
1936: Premiul Nobel pentru radiaţii cosmice şi antimaterie
Descoperirea antimateriei a fost foarte profundă şi un şoc pentru fizica modernă exact în anul 1932, când se credea că totul fusese înţeles odată cu identificarea neutronului. Şi cum descoperirea antimateriei nu ar fi fost posibilă fără descoperirea radiaţiilor cosmice, premiul Nobel pentru fizică a fost acordat în 1936 cercetătorilor Victor Hess şi Carl Anderson.
Despre antimaterie vom vorbi mai pe larg în articolele următoare. La fel, vom afla că şi alte particule elementare surprinzătoare au fost descoperite tot în radiaţiile cosmice.
