Experimentul ALICE de la marele accelerator de particule LHC de la Geneva a efectuat o serie de măsurători şi caracterizări ale modului în care este produsă antimateria în procese nucleare. Caracterizarea acestor tipuri de procese ne poate ajuta în vânătoarea materiei întunecate care ar putea genera în urma dezintegrării sau anihilării de particule de materie întunecată tocmai antimaterie.

Există o relaţie între antimaterie şi materia întunecată? Da, o relaţie destul de directă – cum vă voi relata în cele ce urmează.

Antimateria este compusă practic din particule pe care le cunoaştem, adică asemănătoare cu cele care compun materia normală însă cu sarcina electrică (şi alte proprietăţi cuantice) opuse. Astfel, un proton cu sarcina electrică pozitivă are ca antiparticulă un antiproton cu sarcină negativă. Ce se întâmplă însă în cazul neutronului, care este neutru din punct de vedere electric? Ei bine, neutronul este compus din cuarci, doi cuarci down şi unul up, care au sarcini electrice -1/3 şi +2/3. Antineutronul este compus din anticuarci, cu sarcini electrice opuse: antidown, +1/3 şi antiup, -2/3.

Materia întunecată este un mister; nu ştim la ora actuală din ce este alcătuită, ba mai mult, nu toţi oamenii de ştiinţă sunt convinşi de existenţa acesteia. Ar fi compusă din particule care nu fac parte din famia Modelului Standard. Au fost propuse mai multe soluţii acestei dileme, printre care şi cea a modelului supersimetric, care spune că fiecare particulă din modelul standard are un frate sau o soră într-o lume super-simetrică (cu spin diferit). Aceste particule au nume precum neutralino, sneutrin… şi nu au fost descoperite până în prezent.

Printre metodele pe care le avem la dispoziţie pentru a descoperi materia întunecată se numără şi metode indirecte: adică nu măsurăm direct particulele de materie întunecată, ci ceea ce rezultă ori din dezintegrarea acestora, ori din anihilarea unei particule de materie întunecată cu antiparticula corespunzătoare. Experimente precum AMS, situat pe ISS (International Space Station), caută să măsoare excese de antimaterie care ar putea să fie un semnal al proceselor amintite generate de materia întunecată. Astfel, AMS caută să măsoare antideuteroni, nuclee de antihidrogen greu, compuse  dintr-un antiproton şi un antineutron. Cum însă antideuteronii sunt produşi şi în urma altor procese, cum ar fi interacţiuni ale razelor cosmice cu nucleele din mediul interstelar, înainte să putem afirma că au fost descoperite semnale indirecte ale materiei întunecate trebuie să cunoaştem foarte bine acele procese standard, adică explicate de modelul standard al fizicii particulelor elementare, care dau naştere antideutreonilor. Este exact ceea ce a făcut experimentul ALICE de la marele accelerator de particule Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, Geneva.

ALICE este unul dintre cele patru mari experimente de la LHC, celelalte fiind ATLAS, CMS şi LHCb, şi are ca obiectiv principal măsurarea aşa-numitei plasme de cuarci şi gluoni, adică supa primordială imediat după Big Bang care a format practic materia şi Universul pe care-l vedem astăzi şi din care facem parte. ALICE însă a efectuat şi alte măsurători, precum cea în cadrul căreia a reuşit să caracterizeze acele procese care dau naştere deuteronilor în urma interacţiunii particulelor de mare energie din fasciculele de la LHC cu materia nucleară, procese asemănătoare cu ceea ce se întâmplă atunci când razele cosmice interacţionează cu nucleele din Univers.

Acest rezultat permite cercetătorilor de la AMS să vadă dacă în ceea ce măsoară există diferenţe faţă de rezultatele obţinute de ALICE. Dacă se observă diferenţe, adică dacă numărul deuteronilor observaţi este mai mare decât cel prevăzut doar din procesele cunoscute, atunci este foarte posibil să fim în prezenţa primelor semnale datorate materiei întunecate (pe lângă gravitaţia pe care aceasta o exercită asupra materiei vizibile din galaxii).

Materia întunecată, compoziţia acesteia dar şi distribuţia ei în Univers rămân mistere ale fizicii moderne care aşteaptă să fie descifrate. Măsurători precum cele efectuate de ALICE ne apropie poate de soluţia misterului.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]