Trăim într-un Univers compus din materie; antimateria a dispărut fără să lase urme. Soluția acestui mister nu a fost încă pe deplin descoperită. O nouă idee propusă pentru a găsi răspunsul este folosirea unei molecule, monometoxidul de radiu, radioactiv, care are o formă ce ar ajuta oamenii de știință să efectueze experimente cu o sensibilitate crescută.

Ce este antimateria?

Fiecare particulă pe care o cunoaștem are o antiparticulă corespunzătoare; de exemplu electronul are ca antiparticulă pozitronul (antielectronul) care, spre deosebire de electron, are o sarcină electrică pozitivă. La fel protonul are ca antiparticulă antiprotonul cu sarcină electrică negativă. Inclusiv neutronul, care este neutru din punct de vedere electric, are o antiparticulă: antineutronul, întrucât acesta este compus din anticuarci. Încă nu este clar dacă neutrinii și antineutrinii sunt particule diferite sau, dimpotrivă, este un caz în care particula și antiparticula sunt aceleași. Antimateria a apărut în fizică la început ca o curiozitate matematică, în ecuația lui Dirac la sfârșitul anilor ’20 ai secolului trecut, care avea obiectivul să descrie electronul, însă avea o a doua soluție care nu era clar la ce anume corespunde. La câțiva ani distanță au fost însă descoperite în studiul razelor cosmice primele antiparticule care se formau în urma interacțiunii razelor cosmice cu materia normală. De atunci antimateria este produsă și studiată la acceleratoarele de particule în diverse laboratoare în lumea întreagă. 

Misterul dispariției antimateriei

Actuala noastră teorie despre Univers, despre nașterea și evoluția acestuia, spune că imediat după Big Bang trebuiau să existe un același număr de particule și antiparticule. Fiecare particulă ar fi avut o antiparticulă. Dacă așa stau lucrurile acestea ar fi trebuit să se anihileze și să lase în urmă doar energie – fără materie. Totuși, trăim într-un Univers compus din materie – antimateria a dispărut! Cum a fost posibil una ca asta? Acesta este misterul dispariției antimateriei din Univers. Se crede că răspunsul la această întrebare este legat de legile fizicii particulelor elementare – care ar fi diferite în lumea materiei față de cele din lumea antimateriei. Astfel de diferențe au fost deja observate – de exemplu în lumea kaonilor (particule ce conțin cuarcul straniu), însă nu sunt suficiente pentru a explica supraviețuirea unei cantități așa mari de materie precum cea pe care o vedem în Univers. Ar trebui să existe și alte asimetrii, care să fie verificate de experimente.

Un nou experiment cu o moleculă radioactivă

Până la ora actuală asimetriile au fost căutate în lumea particulelor – cum ar fi de exemplu neutronul (unde nu au fost descoperite), sau  kaonul (unde au fost descoperite în cantitate foarte mică). A fost astfel descoperită o așa-numită asimetrie CP – adică legile fizicii dacă schimbă particulele cu antiparticulele (simetria C) și se efectuează experimentul schimbând și coordonatele (P – paritate) pentru kaoni nu sunt identice. Cercetătorii au propus să caute aceste asimetrii nu doar cu particulele ci și cu molecule mai complexe: precum moleculă ionizată radioactivă monometaoxidul de radiu RaOCH3+. Această moleculă are o formă asimetrică, cu o distribuție a sarcinii electrice care ar face-o mai sensibilă pentru studii de asimetrii CP. Practic, o eventuală asimetrie ar fi amplificată de sute de mii de ori! Atât experimentul cât și calculele teoretice la baza acestei propuneri au fost publicate în două articole în revista Phys. Rev. Letters.  Experimentul propus este complex, întrucât folosește metode de fizică cuantică pentru a citi semnalele.

Antimateria ca resursă

Dispariția antimateriei reprezintă un adevărat mister. Între timp, aceasta este folosită inclusiv în spitale – în așa-numita tehnică PET – tomografia cu emisie de pozitroni, unde pozitronii emiși în reacții de dezintegrare sunt folosiți pentru a crea imagini ale organelor noastre, în cadrul așa-numitelor tehnici ne-invazive. Un mister dar și o resursă – antimateria probabil ascunde încă multe mistere.

Rubrică realizată 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, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe