Când un anumit camion se va îndepărta de clădirea de la CERN, Laboratorul European de Fizică a Particulelor de lângă Geneva, toate privirile vor fi ațintite asupra prețioasei sale încărcături: un dispozitiv de o tonă care conține unele dintre cele mai exotice materiale de pe Pământ. Testul de 20 de minute în jurul campusului, programat pentru sfârșitul acestei luni, va marca prima încercare din lume de a transporta antimaterie, o substanță atât de delicată încât, atunci când întâlnește materia normală, ambele sunt consumate într-o explozie de energie pură, scrie The Guardian.
A durat ani de zile pentru a ajunge în acest moment, dar dacă testul merge bine, adică dacă camionul se întoarce cu antimateria intactă, va deschide calea pentru ca CERN să transporte materialul către alte laboratoare. În aceste instalații, cercetătorii vor efectua măsurători de precizie în speranța de a afla de ce universul nostru este construit din materie și nu din aceste particule bizare.
„O întrebare fundamentală pe care vrem să o înțelegem este de unde a provenit materia. Și apoi, dacă știi despre antimaterie, este firesc să te întrebi de ce nu există și aici. Procesul nu este înțeles și căutăm indicii despre motivul pentru care s-a întâmplat”, spune Christian Smorra, fizician la Experimentul de Simetrie Antibarionică Barionică (Base) de la CERN.
Antimateria, un nume care implică o opoziție aproape ideologică față de fundamentul existenței noastre, este îmbrățișată cu căldură în science fiction. În Star Trek, aceasta alimentează motorul warp și torpilele fotonice ale navei Enterprise. În romanul „Îngeri și demoni” al lui Dan Brown, o canistră care conține un sfert de gram de antimaterie este furată de la CERN într-un complot de a arunca în aer Vaticanul.
Realitatea este, însă, liniștitor de banală. Emițătoarele de antimaterie sunt ușor de găsit în supermarketuri sub formă de banane, care emit antiparticule prin dezintegrarea radioactivă a potasiului. Din păcate, au o valoare limitată pentru înțelegerea universului. Dispozitivul din camionul CERN va transporta aproximativ 1.000 de particule de antimaterie, cântărind aproximativ o miliardime de trilionime de gram. În cazul în care sistemul de izolare ar ceda, iar antimateria ar intra în contact cu materia normală, impulsul de energie rezultat ar fi atât de slab, încât încărcătura nici măcar nu justifică o etichetă radioactivă.
Antimateria a fost prezisă pentru prima dată în 1928, când fizicianul Paul Dirac a combinat teoria cuantică, care descrie comportamentul particulelor subatomice, cu teoria spațiului și timpului a lui Einstein, teoria relativității speciale. Lucrarea i-a adus lui Dirac Premiul Nobel și a descris un univers în care fiecare particulă are o antiparticulă corespunzătoare, identică, dar cu sarcină opusă. Prima antimaterie a fost detectată patru ani mai târziu.
Carl Anderson de la Institutul de Tehnologie din California a observat ceea ce s-a dovedit a fi un antielectron, sau pozitron, care străpungea un instrument care capta ploile de particule declanșate de razele cosmice. Și el a câștigat premiul Nobel pentru munca sa.
Oamenii de știință au confirmat ulterior întreaga gamă de antiparticule. Versiunile de antimaterie ale electronilor, protonilor și neutronilor se pot asambla în antiatomi și antimolecule. Într-un univers diferit, antiplanetele ar putea fi încălzite de antisori în anticalaxii strălucitoare.
„Dacă am fi cu toții făcuți din antimaterie și am trăi într-un univers alcătuit în întregime din antimaterie, nu am observa nicio diferență. Ceea ce este ciudat este că, într-un fel, legile fizicii permit existența acestei substanțe care pare să se comporte în același mod ca materia normală”, spune Jack Devlin, cercetător la Royal Society University la Imperial College London.
Conform modelelor moderne ale universului, în Big Bang au fost create cantități egale de materie și antimaterie. Dar ce s-a întâmplat apoi? Când materia și antimateria se întâlnesc, particulele se transformă direct în energie. Așadar, de ce cosmosul nu este o întindere întinsă de energie?
„Se pare că am ajuns într-un univers complet copleșit de materie obișnuită și care nu conține aproape deloc antimaterie, iar acesta este miezul misterului”, spune Devlin.
Se așteaptă ca diferențele subtile dintre materie și antimaterie, care deja apar, să explice modul în care materia a ajuns să domine, dar descoperirea lor necesită comparații extrem de precise ale proprietăților particulelor. De asemenea, este necesară o aprovizionare fiabilă cu materialul.
Cercetătorii de la Fabrica de Antimaterie a CERN zdrobesc protoni de înaltă energie, nucleele atomilor de hidrogen, într-o țintă metalică densă, creând „dușuri” de particule secundare. Printre acestea se numără antiprotonii, care sunt direcționați către un decelerator, încetiniți și, în cele din urmă, prinși într-o capcană de antimaterie.
Însă, deși fabrica poate produce antimaterie, nu este cel mai bun loc pentru măsurători de precizie. Deceleratorul care încetinește antiprotonii la aproximativ o zecime din viteza luminii folosește câmpuri puternice care fac imposibilă efectuarea de măsurători sensibile în apropiere. Alte laboratoare ar putea măsura antimateria cu o precizie de 100 de ori mai mare, spun cercetătorii.
În vederea efectuării unor astfel de experimente, Smorra și colegul său, Stefan Ulmer, construiesc un dispozitiv pentru recepționarea antiprotonilor la Universitatea Heinrich Heine din Düsseldorf. Pentru a supraviețui călătoriei de la CERN, antimateria ar trebui să fie reținută timp de peste 10 ore: două pentru încărcarea și descărcarea capcanei, iar restul pentru călătoria de 800 km.
Capcana în sine este o realizare inginerească. Trebuie să rețină antimateria într-un mod care să nu intre niciodată în contact cu materia normală. Pentru a realiza acest lucru, camera este ținută sub vid ultra-înalt, comparabil cu vidul din spațiul interstelar. Este răcită la -269 de grade Celsius, ceea ce face ca orice gaz rătăcit să înghețe pe pereții camerei. Apoi, se folosesc câmpuri magnetice și electrice puternice pentru a menține antiprotonii în centrul camerei criogenice.
Câmpurile sunt suficient de puternice pentru a menține antimateria la locul ei în cazul în care camionul lovește denivelări sau frânează brusc în timpul transportului. Poate cea mai mare amenințare la adresa materialului este blocarea în trafic și întreruperea alimentării cu energie electrică. Pentru testarea de la CERN, capcana va fi alimentată de baterii care durează aproximativ patru ore. Călătoriile mai lungi vor necesita un generator dedicat la bord.
„Dacă vrem vreodată să facem experimente cu antiprotoni în altă parte, trebuie să lansăm acest proiect și asta încercăm să facem. În primul rând, trebuie să demonstrăm că putem mișca antimateria, iar aceasta este o mare realizare pentru noi”, spune Smorra.
Ştiri video recomandate
