Studiul antimateriei este extrem de important pentru a înțelege ce s-a întâmplat cu aceasta imediat după Big Bang. Producerea și mai ales acumularea acesteia este dificilă. O nouă metodă pentru a menține și a răci antimateria la temperaturi extrem de joase a fost experimentată recent, metodă care dă rezultate extrem de încurajatoare.

Ce este antimateria?

Fiecare particulă (cu puține excepții, cum ar fi fotonul) are o antiparticulă: adică o particulă care are aceleași caracteristici însă sarcină electrică opusă. Antiparticula electronului este pozitronul (un electron cu sarcina electrică pozitivă); cea a protonului este antiprotonul – care are sarcina electrică negativă. Inclusiv neutronul are o antiparticulă – antineutronul, care este alcătuit din anti-cuarcii protonului. Nu este încă clar dacă neutrinii au antiparticule sau, dimpotrivă, neutrinul și antineutrinul sunt una și aceeași particulă. Totuși – antimateria nu există în Univers. Cum așa?

Misterul dispariției antimateriei din Univers

Teoria actuală despre Univers spune că imediat după Big Bang ar fi trebuit să existe același număr de particule și antiparticule. În Univers în prezent nu există (decât foarte rar) antimaterie – aceasta a dispărut din Univers! Care este mecanismul ce a dus la dispariția antimateriei este încă un mister. În diverse experimente s-a demonstrat că legile din lumea materiei și cele din lumea antimateriei nu sunt identice – cel puțin pentru anumite particule precum mezonii K. Asimetria măsurată însă nu ajunge nicidecum să explice dispariția antimateriei în cantitatea care e necesară pentru a avea astăzi Universul actual. Ceea ce înseamnă că mai sunt multe de înțeles și descoperit cu experimente care studiază proprietățile antimateriei pentru a le compara cu cele ale materiei.

Răcirea antimateriei în capcane

Noua metodă pe care au experimentat-o cercetătorii folosește un fel de înfrățire între răcirea materiei (mai ușoară) și cea a antimateriei. Practic cercetătorii colaborării BASE de la CERN au realizat două capcane – una care conține materie sub forma ionilor de beriliu; cealaltă un antiproton. Cele două capcane erau legate între ele printr-un circuit electric supraconductor de tip rezonant. Ionii de beriliu sunt răciți cu ajutorul unui fascicol de laser (practic absorb și emit radiație, ceea ce duce – în anumite condiții – la schimbarea impulsului acestor ioni – energie mai mică, deci temperatura mai mică, însemnând răcirea lor). În momentul răcirii ionilor de beriliu, energia este transferată prin circuitul supraconductor antiprotonului care la rândul lui se răcește. Rezultatele acestui studiu au fost publicate recent în revista Nature.

Cât de repede se răcește antimateria?

Prin folosirea acestei metode răcirea antimateriei este mult mai rapidă. Dacă prin metodele cunoscute până în prezent dura 10 ore ca antimateria să se răcească la 100 mK, prin noua metodă răcirea se face la temperaturi mai mici – de 20-50 mK (miliKelvin) în doar 10 secunde! Deci mult mai repede, ceea ce ar putea avea ca efect posibilitatea de a răci cantități mult mai mari de antimaterie, întrucât în 10 ore – cât durează la ora actuală – o parte din antimaterie se pierde prin anihilarea cu materia capcanei.

Studiul antimateriei

În viitor studiul proprietăților antimateriei va fi mai ușor dacă această metodă va funcționa pentru un număr mare de antiparticule. Se vor putea deci studia proprietățile antimateriei și compara cu cele ale materiei și se va vedea dacă există diferențe între cele două cu o precizie extrem de mare. Ar fi extrem de interesant de observat proprietăți diferite ale antimateriei – în sectoare în care până în prezent nu au fost observate diferențe (precum antihidrogenul în comparație cu hidrogenul). Mai avem încă multe de înțeles legat de nașterea și evoluția Universului nostru – printre care și misterul dispariției antimateriei din Univers.

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