Након пуне две деценије неуспелих покушаја да детектују светлосне таласе које емитује “антиатом” (атом сачињен од антиматерије), физичари у ЦЕРН-у су саопштили да су коначно успели у овој намери. Они су, у раду објављеном у часопису Натуре, показали да се антиводоник понаша као потпуно правилан “одраз у огледалу” обичног атома водоника.
Овај изузетно важан резултат, који представља потврду онога што су закони физике одавно предвидели, отвара потпуно нов начин провере Ајнштајнове Специјалне теорије релативности. Поред тога, ово откриће нам може помоћи да нађемо одговор на једну од највећих мистерија модерне физике – зашто у Свемиру има много више материје од антиматерије?
“Ово представља историјски тренутак у вишедеценијским покушајима да се створи антиматерија, и да се њена својства упореде са својствима материје”, изјавио је Алан Костелецки, теоријски физичар са Универзитета у Индијани, који није узео учешће у истраживању.
За све оне који нису упознати са целим овим “Где је сва та антиматерија?” проблемом који мучи бројне физичаре, ево пар основних информација.
Закони физике предвиђају да свака честица обичне материје има свог парњака – одговарајућу античестицу. Тако, на пример, електрону, који је негативно наелектрисан, одговара позивитно наелектрисана античестица – позитрон.
То значи да за сваки (обичан) атом водоника постоји атом антиводоника, који је сачињен од антиелектрона (тј. позитрона) који кружи око антипротона, на сличан начин као што у атому водоника електрон кружи око протона.
Уколико се деси да се честица обичне материје сретне са својом античестицом, оне ће истог тренутка нестати, односно “поништити” (анихилирати) једна другу, при чему се ослобађа извесна количина енергије у форми светлости.
Ова чињеница ствара два изузетно озбиљна проблема. Први је тај што у Свемиру постоји огромна количина обичне материје, која врло брзо анихилира оно мало антиматерије у њему, па је физичарима изузетно тешко да уопште установе присуство антиматерије у природи.
Други проблем је већ постављено питање које се тиче чињенице да у Свемиру има много више материје у односу на антиматерију. Уколико данашњи физички модели превиђају да је из Великог праска настала једнака количина честица и античестица, зар не би требало да буквално све у Свемиру поништи само себе?
“Нешто се десило, нека мала асиметрија која је довела до тога да обична материја ‘преживи’, и ми једноставно немамо довољно добру идеју која би то у овом тренутку могла објаснити”, изјавио је Џефри Хангст, један од чланова тима АЛПХА експеримента у ЦЕРН-у у Швајцарској.
Све ово се, међутим, лако може променити сада када су, по први пут, научници у стању да измере карактеристике светлости коју емитује атом антиводоника након што се он подвргне дејству ласера, и упореде их са онима добијеним за обичан атом водоника.
Ово можда не изгледа као неко велико достигнуће, али треба имати у виду да је ово први пут да је могуће контролисати атом антиводоника довољно дуго да можемо директно мерити његово понашање и резултате упоредити са његовим “обичним” парњаком.
“Коришћење ласера у сврху посматрања електромагнетног прелаза у антиводонику, као и упоређивање са водоником како би се установило да ли се покоравају истим законима физике, одувек је представљало кључни циљ истраживања антиматерије”, додао је Хангст.
Будући да је немогуће наћи честицу антиводоника у природи – водоник, као најзаступљенији елемент у Свемиру врло лако “поништи” малобројне лутајуће атоме антиводоника – научници су били принуђени да креирају сопствене атоме антиводоника.
Већ двадесет година уназад, АЛПХА тим покушава да нађе начин да створи довољно атома антиводоника како би уопште могао са њима да ради. Техника која је напокон то успела омогућава им стварање око 25 000 атома антиводоника сваких 15 минута, а од којих свега око 14 њих бива заробљено, тако да их је могуће испитивати. Претходни методи су, ради поређења, могли да заробе највише 1,2 атома антиводоника у 15 минута.
Овако заробљене честице би онда бивале изложене ласерској светлости, која проузрокује да њихови позитрони ‘скачу’ са нижег на ниво са вишом енергијом. Како се позитрони недуго потом враћају у ниже енергијско стање, то је могуће измерити количину светлости која се на тај начин емитује.
Тим истраживача дошао је до закључка да атом водоника емитује потпуно идентичан спектар електромагнетног зрачења као и обичан атом водоника који је претходно подвргнут идентичним условима.
“Дуго се мислило да антиматерија није ништа друго до потпуно правилан ‘одраз у огледалу’ материје, и коначно смо сакупили доказе да то и потврдимо”, рекао је Тим Тарп, такође члан АЛПХА тима из ЦЕРН-а.
Добијени резултат је у потпуној сагласности са Стандардним Моделом физике елементарних честица, који предвиђа да водоник и антиводоник имају потпуно идентичне карактеристике емитоване светлости. Поред тога, физичари имају прилику да тестирају и друге емисионе спектре коришћењем различитих типова ласера.
Уколико сви експерименти покажу да се спектри зрачења материје и антиматерије не разликују, ово откриће би продужило живот Ајнштајновој Специјалној теорији релативности, како за Натуре објашњава Адријан Чо:
“Егзактно показивање зашто Специјална теорија релативности захтева да антиматерија потпуно пресликава материју захтева много математике. Укратко, уколико ова веза није потпуно ‘као у огледалу’, онда ни основна идеја специјалне релативности не може бити потпуно исправна.
Специјална теорија релативности претпоставља да се јединствена ствар названа простор-време друкчије раздваја на простор и време за различите посматраче који се крећу један у односу на другог. Она тврди да ниједан посматрач не може рећи ко се од њих заиста креће, а ко мирује. Међутим, ово не може бити потпуно тачно уколико материја и антиматерија нису једна другој као ‘одраз у огледалу’.”
Уколико, пак, материја и антиматерија нису једна другој ‘одраз у огледалу’, тј. ако се антиматерија не покорава истим законима физике као и обична материја, наши модели Великог праска показали би се погрешним.
Ова чињеница натерала би нас да поново размислимо и покушамо да установимо једном за свагда зашто је материја успела да ‘побегне’ тоталној анихилацији у Свемиру, што је довело до тога да све око нас, а такође и ми сами, уопште постојимо.
Иако смо доста далеко од доношења било каквих коначних закључака о овом питању, без сумње се може рећи да је овај експеримент отворио врата јако занимљивим и потенцијално револуционарним идејама и могућностима.
“Јако смо усхићени што напокон можемо да кажемо да смо урадили ово”, подвукао је Хангст. “За нас, ово је јако битна ствар.”
Оригиналну верзију овог текста на енглеском језику можете прочитати ОВДЕ.
