Naukowcy po raz pierwszy wykorzystali cząstkę antymaterii. Przełomowy eksperyment

Nasze codzienne życie to ciągły kontakt z materią. Jednak wedle fizyki każda cząstka może posiadać swój odpowiednik w postaci antymaterii, o odwrotnym ładunku elektrycznym. Jeśli obie cząstki się spotkają – obie ulegną unicestwieniu. Plus i minus się zrównoważą i pyk! Anihilacja.

Według Modelu Standardowego fizyki cząstek antymateria powinna podlegać tym samom prawom fizyki co i obserwowany przez nas świat. Fizycy starają się wciąż ją wypatrzeć, ale sprawa jest naprawdę trudna. Jednym ze sposobów poszukiwań jest badanie grawitacji, co samo w sobie jest bardzo wymagające.

Tu trzeba wtrącić opowieść o doświadczeniu Thomasa Younga. Fizyk ten za pomocą przepuszczania światła przez położone blisko siebie szczeliny i obserwacji obrazu starał się udowodnić, że składa się z fal, które mogą ze sobą interferować. Sprawa budziła sporo kontrowersji wśród badaczy, bo choćby Isaac Newton opowiadał się za poglądem o korpuskularnej (składającej się z cząstek) „anatomii” światła.

Kolejnym nazwiskiem w tej układance jest Richard Feynman, jeden z twórców elektrodynamiki kwantowej. To on stwierdził, że „całą mechanikę kwantową da się wyprowadzić z doświadczenia z dwiema szczelinami.” Miał na myśli właśnie doświadczenie Younga.

Cząsteczki takie jak elektrony można porównać do fali możliwości. Dopiero, gdy na nie spojrzymy okaże się jakie mają właściwości. Jednak do czasu zaobserwowania zmieniają się one – mogą zachowywać się jak światło, falować, interferować.

W 1989 roku japońscy naukowcy z Hitachi jako pierwsi wystrzelili samotne elektrony w stronę ekranu pojedynczo, co stało się kolejnym milowym krokiem badań. Od tego czasu zachowanie charakterystyczne dla fal przypisuje się nie tylko elektronom, ale i innym cząstkom elementarnym.

Co do antymaterii sprawa wygląda jednak inaczej. Skoro powinna zachowywać się tak jak materia, powinniśmy być w stanie wykryć jej falowanie. Tylko, że jak dotąd się do nie udało.

We włoskim laboratorium L-NESS zajmującym się cząstkami elementarnymi zespół badaczy ze Szwajcarii i Włoch uzyskał z rozpadającego się materiału radioaktywnego pozytony, a następnie zbadali ich zachowanie z pomocą interferometru. W naprawdę wielkim skrócie wykonali podobne doświadczenie do eksperymentu Younga. Po 200 godzinach obserwacji świecenia się pozytonów naukowcy przeanalizowali pozycje indywidualnych cząstek. Udało im się zmierzyć jak zachowują się „gdy nikt nie patrzy”.

Jeszcze za wcześnie na stwierdzenie, że będzie to dowód na teoretyczne dywagacje odnośnie zachowania antymaterii, ale z pewnością to spory sukces Jeśli pozytony doświadczają choćby najmniejszej różnicy w tym jak działa na nie grawitacja, zaobserwowanie tego będzie wymagało wyjątkowo czułych narzędzi.

Badanie interferencji fal pozwoliło niedawno na odkrycie istnienia fal grawitacyjnych, co było prawdziwym przełomem.

Co dalej? Zbieranie dalszych informacji o tym dlaczego w ogóle istniejemy. Skoro równowaga materii i antymaterii powodowałaby pełną anihilację wszystkiego zostajemy z pytaniem czego jest więcej i dlaczego? Czy Wszechświat dąży do równowagi, która mogłaby spowodować jego koniec?

Nie wykluczone, że zdążymy doczekać się odpowiedzi na te pytania.

Źródło: Science Alert