Antimaterija - enigma koja opseda čovečanstvo
Šesnaest minuta i nije tako puno vremena. Možda dovoljno za šoljicu kafe ili da se istrči tri kilometra, pod uslovom da ste u dobroj formi. Ali, ukoliko imate pri ruci nekoliko atoma antimaterije, to bi moglo da bude dovoljno vremena da naučite nešto o nastanku svemira.
Pre desetak dana, naučnici Evropske organizacije za nuklearna istraživanja (CERN) izazvali su bombastične naslove u štampi širom sveta najavom da su "uhvatili" antimateriju - nestalnu "sliku u ogledalu" svega vidljivog i to po prvi put u stabilnom stanju.
Uspeli su da atome antivodonika, antimaterijskog ekvivalenta vodonika, najosnovnijeg elementa, "ulove" i zadrže 1.000 sekundi, ili 16 minuta i 40 sekundi. Prethodni rekord iznosio je svega 172 milisekunde ili manje od jedne petine sekunde. Reč je o važnom, uzbudljivom prodoru koji teško mogu da razumeju oni sa nedovoljno znanja iz fizike.
Da bi se shvatio, potrebno je pre svega znati šta su materija i antimaterija.
Sastav svemira
Svemir je sačinjen od subatomskih čestica, od kojih su najpoznatiji elektroni, protoni i neutroni.
Godine 1928, engleski fizičar i pionir kvantne mehanike, Pol Dirak (1902-1984), stvorio je detaljni matematički model subatomskog sveta, ali je uvideo da mu je, za funkcionisanje jednačina, potrebna čestica jednake mase kao i elektron, ali "pozitivno" naelektrisana.
Četiri godine kasnije, Amerikanac Karl Anderson detektovao je takvu česticu kojoj je dao naziv pozitron. Fizičarima je nakon toga postalo jasno da svaka čestica materije ima svoju antičesticu. Istraživači sa Kalifornijskog univerziteta u Berkliju identifikovali su 1955. antineutron i antiproton.
Proučavanje antimaterije nije bilo jednostavno. Prilikom susreta bilo koje antičestice sa svojim materijalnim pandanom, dolazi do međusobnog uništavanja u žestokom, premda sićušnom prasku energije. Atom antivodonika, sačinjen od pozitrona i antiprotona, momentalno iščezava u kontaktu sa bilo kojom materijom. Jedini način da se antimaterija "uhvati" je taj da se "zarobi" u magnetskom polju.
Sve donedavno, to je značilo da su se mogle izolovati i proučavati samo subatomske antičestice jer se u magnetskom polju može manipulisati jedino naelektrisanim antičesticama, antiprotonima i pozitronima. Budući da celi atomi nemaju električni naboj, magneti su u njihovom slučaju ograničenog dejstva.
Prošlog decembra, međutim, tim fizičara CERN-ovog Antihydrogen Laser Physics Apparatus-a (ALPHA) uspeli su da zarobe cele atome antivodonika koristeći magnetna polja. Na vrlo niskim temperaturama, antiatomi se ponašaju kao sićušni magneti. Tek kada su blizu apsolutne nule, antiatomi postanu dovoljno tromi da mogu da budu usmeravani jakim superprovodnim magnetima.
Iako kratkotrajan, bio je to izuzetan tehnički podvig. Tim naučnika je uspeo da zadrži antivodonik svega nekoliko mikrosekundi pre nego što je isključio polja, kako bi antiatomi mogli da se unište u kontaktu sa materijom. Zatim su pomoću detektora posmatrali praskove koji su iz toga rezultirali.
Ma koliko neverovatni, ovi eksperimenti nam pružaju priliku da saznamo jako puno o antimateriji. Jer, naš cilj je da posmatramo njeno postojanje, a ne samo da dokumentujemo njenu destrukciju. "To je poput razlike između posmatranja tragova neke životinje i njenog proučavanja u zarobljeništvu”, kaže Tom Vajnti, fizičar u CERN-u.
Poslednje dostignuće bi moglo da omogući jedno takvo proučavanje. Profesor Džefri Hangst, portparol ALPHA tima, objašnjava: "1.000 sekundi je dovoljno dug period da se započne proučavanje atoma antivodonika, čak i sa malim brojem koji zasad možemo da ulovimo".
Pola univerzuma nedostaje?
Potrebno je osvrnuti se na početak univerzuma, nekih 13,7 milijardi godina unazad, da bismo objasnili zašto je to važno. Neposredno nakon Velikog praska, svemir se - prema našem shvatanju - sastojao od jednakih delova materije i antimaterije. Ukoliko je to tačno, bilo je za očekivati da će doći do međusobnog uništavanja, ali se to nije desilo. Gotovo je sva antimaterija u svemiru odavno nestala, ali nam je nekako ostalo dovoljno materije za stvaranje funkcionalnog svemira.
Sve bi to imalo smisla ukoliko bi između antimaterije i materije postojala razlika kojom bi se mogao objasniti brži nestanak antimaterije. Ali, osnovni postulat moderne fizike, koji seže još od Dirakovih jednačina, govori nam da su antimaterija i materija simetrične.
"Bilo koji nagoveštaj simetričnog nesklada zahtevao bi ozbiljno preispitivanje našeg poimanja prirode”, kaže prof Hangst.
"Ali, već nam sama činjenica da pola univerzuma nedostaje govori da je neka vrsta preispitivanja ipak neophodna", ističe on.
Nema sumnje da je naše postojanje jedna od najvećih misterija s kojom se suočava moderna fizika.
Asimetrija kao ključ za rešavanje misterije
Glavni cilj fizike antimaterije je da pronađe gde se krije asimetrija, odnosno u čemu se materija i antimaterija razlikuju. Postoje dve očigledne polazne tačke: prvo, treba utvrditi da li antivodonik reaguje na svetlost na isti način kao i vodonik, a zatim ustanoviti da li gravitacija deluje na antivodonik na uobičajen način. Krajem godine, biće započeta oba eksperimenta.
Prvi uključuje spektroskopiju i sličan je metodama koje se koriste u određivanju hemijskog sastava udaljenih zvezda. Bombardovanjem atoma laserima ili mikrotalasima, naučnici mogu da utvrde koje frekvencije atom apsorbuje i tako saznaju više o njegovoj prirodi.
"Ukoliko udarite zarobljene atome antivodonika pravom mikrotalasnom frekvencijom oni će pobeći iz zamke i tada možemo da posmatramo uništenje - makar i samo jednog atoma", objasnio je prof Hangst.
"To bi nam omogućilo da po prvi put zavirimo u strukturu antivodonika - elementa broj jedan antiperiodične tabele", dodao je on.
Drugi eksperiment, pod nazivom Aegis (antimatter experiment: gravity, interferometry, spectroscopy) treba da odredi da li animaterija pada na Zemlju na isti način kao i materija.
Da li će naučnici pronaći bilo kakav dokaz o postojanju asimetrije? To nije izvesno, kao što nije izvesno ni to od kakvog će značaja biti rezultati njihovog rada, bili oni pozitivni ili negativni.
"Ako ne pronađemo nikakvu razliku, to bi samo značilo da u ovom sistemu, na ovom stupnju preciznosti, nismo u stanju da uočimo razliku. Ima toga puno u ovoj vrsti fizike. Otkrivanje razlike bi, pak, bilo zaista interesantno. Ne postoji, međutim, model za ono što bi to značilo. Ništa što bi, a priori, moglo da sugeriše šta bismo mogli da otkrijemo. Nije sigurno da bi nam to otkrilo šta se dogodilo u prvim trenucima nastanka univerzuma. Ali, bi značilo da nismo sve shvatili”, kazao je Hangst.
Već sama sposobnost da proizvedemo i uhvatimo egzotičnu antimateriju predstavlja veliko dostignuće koje bi moglo da dovede do značajnih prodora na samoj granici fizike. A možda i ne.
Postoji samo jedan način da se to otkrije i kako kaže prof. Hangst: "Ukoliko uspete da uhvatite antimateriju treba to iskoristiti da je dugo i podrobno proučite".
