Cea mai scumpă și rară substanță din lume a fost transportată pentru prima dată pe un drum

O cantitate mică de antimaterie a fost transportată pe șosea marți, fiind prima dată când o cantitate din cea mai scumpă, volatilă și rară substanță din lume a fost deplasată. Descoperirea deschide calea către noi posibilități de studiere a acestui material extrem de greu de cercetat, scrie CNN.

Antimateria este imaginea în oglindă a materiei obișnuite – are o sarcină electrică opusă și proprietăți subatomice inversate. Când materia și antimateria intră în contact, se anihilează reciproc și dispar într-un flash de energie.

Prin urmare, antimateria se află în centrul unuia dintre cele mai mari mistere ale universului: Big Bang-ul ar fi trebuit să creeze cantități egale de materie și antimaterie, ceea ce ar fi dus fie la un univers fără nicio materie rămasă din cauza anihilării totale, fie la un univers cu cantități egale din ambele.

Universul, însă, este alcătuit din materie, dar aproape deloc din antimaterie, care există în mod natural doar în cantități minuscule, generată prin dezintegrare radioactivă și coliziuni cu raze cosmice. Fizicienii numesc această problemă asimetria materie-antimaterie.

Teoria actuală este că materia a fost creată într-un ușor exces față de antimaterie – doar o particulă de materie în plus la aproximativ un miliard de particule de antimaterie – deși motivul rămâne necunoscut.

Studierea antimateriei îi poate ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă natura acestei asimetrii, dar acest lucru nu este ușor. Instrumentele folosite pentru a produce antimaterie generează interferențe care îngreunează studiul acesteia. Transportul antimateriei departe de aceste interferențe le-ar permite cercetătorilor să efectueze măsurători mai precise ale substanței.

„Trebuie să vă gândiți la aceste măsurători ca fiind, într-un anumit sens, similare cu microscopia”, a declarat Stefan Ulmer, fizician la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară, cunoscută și sub numele de CERN. Transportul antimateriei a avut loc la facilitățile CERN de lângă Geneva, unde se află cel mai mare laborator de fizică a particulelor din lume. „Facilitatea în care operăm produce fluctuații. Este un pic ca atunci când te uiți printr-un microscop, iar obiectul la care te uiți vibrează cumva, așa că imaginea devine neclară. Transportul particulelor în afara acestui mediu ne va permite să obținem imagini mult mai clare”.

Un camion a transportat prețioasa încărcătură pe un traseu de 10 kilometri în interiorul CERN, deplasarea durând aproximativ 30 de minute și atingând o viteză maximă de 47 de kilometri pe oră, conform lui Ulmer.

Un container special construit, cântărind aproximativ 800 de kilograme și măsurând aproape 180 de centimetri înălțime, a protejat cu succes o încărcătură de 92 de antiprotoni pe parcursul călătoriei.

Cel mai bun vid de pe Pământ

CERN desfășoară în prezent mai multe experimente cu antimaterie, fiecare producând un tip diferit de antiparticulă. Experimentul privind Simetria Barion-Antibarion, sau BASE, care se concentrează pe antiprotoni, este cel care a realizat relocarea substanței.

Cercetătorii creează antiprotoni prin ciocnirea protonilor obișnuiți, la viteze apropiate de cea a luminii, de un bloc din metalul numit iridiu. Impactul generează mai multe particule secundare, inclusiv antiprotoni, care sunt apoi încetiniți cu grijă folosind alte instrumente, devenind astfel disponibili pentru observații.

Experimentul BASE este deja capabil să măsoare masa antiprotonului cu un grad ridicat de precizie, ceea ce este util pentru compararea protonilor cu antiprotonii.

Până acum, nu au apărut diferențe semnificative între cele două particule, dar o măsurătoare și mai precisă ar putea dezvălui diferențe subtile și ar putea ajuta la răspunsul unor întrebări fundamentale despre natura antimateriei și a universului însuși.

De obicei, antiprotonii sunt stocați în mașini mari numite capcane Penning, care cântăresc câteva tone, așa că echipa BASE a construit o versiune portabilă care să încapă pe un camion. Această mașină include un magnet supraconductor, operat la minus 268 grade Celsius, împreună cu surse de alimentare și alte echipamente pentru monitorizarea stabilității antimateriei.

Capcana a confinat 92 de antiprotoni într-un vid, deoarece orice contact cu aerul i-ar fi anihilat. „Vidul din capcana noastră are o presiune mai bună decât presiunea din mediul interstelar – este cel mai bun vid de pe Pământ, sincer”, a spus Ulmer.

Chiar dacă antimateria ar fi fost distrusă, acest lucru nu ar fi reprezentat niciun pericol, datorită cantității minuscule. „Dacă această substanță se anihilează, produce o doză de radiație mult mai mică decât doza de radiație pe care o primești doar mergând pe suprafața Pământului din cauza radiației cosmice”, a spus Ulmer, adăugând că distrugerea acesteia ar fi fost „un flash de particule încărcate”.

Testul a demonstrat că antimateria poate fi transportată și, mai exact, că vibrațiile camionului nu perturbă vidul. Următorul pas, a spus Ulmer, este transportul unui număr mai mare de antiprotoni și construirea infrastructurii necesare pentru a-i studia în altă parte.

CERN vizează două facilități: una la fața locului, la doar 5 kilometri de experimentul BASE, și alta în orașul german Dusseldorf, la aproximativ 700 de kilometri distanță.

Un pas înainte pentru progres

Studierea antimateriei ar putea contribui la rezolvarea unei contradicții evidente din înțelegerea noastră a universului, dar în prezent CERN este singurul laborator din lume unde producerea și acumularea antimateriei în cantități semnificative sunt posibile, potrivit lui Guennadi Borissov, profesor de fizică la Universitatea Lancaster din Anglia.

„Deși acest lucru îl face centrul global pentru astfel de cercetări, studierea antiparticulelor în medii diverse necesită dezvoltarea unor tehnologii robuste pentru transportul antimateriei pe distanțe lungi”, a adăugat Borissov, care participă la experimentul ATLAS de la CERN, într-un email. „Recentul test de succes în acest domeniu reprezintă o etapă crucială. În timp, capacitatea de a transporta antimateria ne va extinde exponențial posibilitățile de cercetare și va permite compararea încrucișată a rezultatelor între laboratoare specializate”.

O motivație suplimentară pentru studierea antimateriei este aceea că echivalentul de antimaterie al electronului, pozitronul, are aplicații importante ca instrument de diagnostic în medicină și în știința materialelor, a declarat Michael Charlton, profesor emerit de fizică experimentală la Universitatea Swansea din Țara Galilor, membru al experimentului ALPHA de la CERN.

Testul de la CERN înseamnă că antiprotonii pot fi transportați în toată Europa, dacă nu chiar mai departe, pentru a fi studiați în laboratoare externe.

„Acest lucru deschide posibilitatea ca antimateria să fie pusă la dispoziția unei comunități mult mai largi pentru studiu, nu doar a celor care au posibilitatea de a desfășura experimente la CERN”, a declarat Charlton într-un email. „Va însemna că o întreagă nouă generație de oameni de știință va avea posibilitatea de a lucra cu antimateria – și asta nu poate fi decât benefic pentru progres”.