Naukowcy "upuścili" antymaterię, a ona odsłoniła przed nimi jedną ze swoich tajemnic

Antymateria jest w pewnym sensie "odwrotnością" zwykłej materii, z jakiej są zbudowane nasze ciała i cały obserwowany świat. Antycząstki są podobne do "zwyczajnych" cząstek elementarnych, ale mają przeciwny znak ładunku elektrycznego. Odwrotne są także wartości opisujące ich właściwości kwantowe.

Mimo tego, że na temat antymaterii wiemy coraz więcej, wiele jej cech wciąż pozostaje tajemnicą dla naukowców. Przeprowadzony w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) eksperyment Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) rzucił światło na jeden z takich sekretów, dotyczący relacji między antymaterią i grawitacją. Wyniki badań opublikowano na łamach czasopisma "Nature".

Atomy najprostszego antypierwiastka, antywodoru, złożone są z antyprotonu (o ujemnym ładunku elektrycznym) oraz antyelektronu (pozytonu) o ładunku dodatnim. Jeśli antyatom napotka atom zwykłej materii, ulega anihilacji, całkowicie zmieniając w energię masę swoją i równoważnej ilości materii. Taki rozbłysk wysokoenergetycznego promieniowania jest łatwy do zarejestrowania przez detektory.

Na potrzeby eksperymentu ALPHA antywodór znajdował się w wysokiej cylindrycznej komorze próżniowej ze zmienną pułapką magnetyczną, zwaną ALPHA-g. Naukowcy osłabiali działanie górnego i dolnego pola magnetycznego pułapki do czasu, aż uwidoczniło się stosunkowo słabe oddziaływanie grawitacji i atomy antywodoru mogły wydostać się z pułapki.

Eksperyment powtórzono kilkanaście razy, zmieniając natężenie pola magnetycznego na górze i na dole pułapki, aby wykluczyć możliwe błędy. Gdy osłabione pola magnetyczne na górze i na dole zostały dokładnie zrównoważone, około 80 procent atomów antywodoru ulegało anihilacji pod pułapką - w podobny sposób zachowałaby się w tych samych warunkach chmura atomów zwykłego wodoru.

Zdaniem autorów eksperyment może wyjaśnić, dlaczego antymateria pozornie zaginęła na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata. Wyniki pokazują, że na pewno nie stało się to za sprawą grawitacji, która wedle jednej z hipotez wypchnęła antycząstki z obserwowalnej części Wszechświata.

- Ogólna teoria względności Einsteina mówi, że antymateria powinna zachowywać się dokładnie tak samo jak materia - powiedział cytowany przez "New Scientist" Jonathan Wurtele z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. - Wykluczyliśmy, że antymateria jest odpychana przez siłę grawitacji. Nie oznacza to, że nie ma różnicy w sile grawitacji działającej na antymaterię. Dopiero dokładniejszy pomiar będzie w stanie to wykazać.

Dalsze badania w ramach programu Alpha, oprócz udoskonalenia pomiarów wpływu grawitacji, zbadają na przykład interakcję antywodoru z promieniowaniem elektromagnetycznym za pomocą spektroskopii.

- Gdyby antywodór różnił się w jakiś sposób od wodoru, byłoby to rewolucyjne, ponieważ prawa fizyczne, zarówno mechaniki kwantowej, jak i grawitacji, mówią, że zachowanie powinno być takie samo - zaznaczył ekspert.

Dookoła antymaterii narosło sporo mitów. Jako potencjalne źródło energii często pojawia się ona w popkulturze, na przykład jako napęd statku kosmicznego Enterprise w serialu "Star Trek" czy materiał na bombę w powieści "Anioły i demony".

W rzeczywistości niewielkie ilości antymaterii pojawiają się i znikają cały czas - pozytony powstają na przykład podczas rozpadu promieniotwórczego potasu, którego sporo zawiera każdy pomidor czy banan. Prawa fizyki przewidują, że antymateria powinna występować we Wszechświecie w mniej więcej równych ilościach co zwykła materia. Naukowcy nazywają tę zagadkę problemem bariogenezy.