FOTO: CERN

ZNANSTVENICI najpoznatijeg instituta na svijetu CERN-a objavili su nedavno da su još jednom bezuspješno pokušali odgonetnuti jednu od najvećih enigmi suvremene fizike – zašto svemir u kojem živimo postoji kada su se prema svemu što znamo materija i antimaterija u njemu trebale međusobno poništiti.

Prema prihvaćenom standardnom modelu fizike u velikom prasku trebala je nastati jednaka količina materije i antimaterije. No one su se međusobno trebale poništiti osim ako se ne razlikuju po nečemu što bi omogućilo da njihov razvoj bude asimetričan. Budući da se to očito nije dogodilo, znanstvenici pretpostavljaju da bi između materije i antimaterije morala postojati neka razlika zbog koje je prva prevladala nad drugom koja je, kako se čini, gotovo potpuno nestala iz našeg svemira.

Fizičari su do sada asimetriju pokušali pronaći u masi, u električnom naboju i spinu čestica, međutim to im nije pošlo za rukom. Prošle godine na eksperimentu ALPHA u CERN-u prvi put su istražili atom antivodika uz pomoć svjetlosti, međutim ni u njemu nisu uspjeli naći nikakve razlike u odnosu na atome vodika.

Našli su neku razliku u raspadu nekih vrsta mezona, ali to nije dovoljno da bi se objasnila tolika razlika u dominaciji materije nad antimaterijom.

Zadnje neistraženo svojstvo

Ipak, jedno ključno svojstvo elementarnih čestica ostalo je neistraženo – magnetski moment antiprotona.

Stefan Ulmer i njegovi suradnici u okviru kolaboracije BASE stoga su prije 10 godina odlučili uhvatiti se u koštac s vrlo zahtjevnim mjerenjem magnetskog momenta. Prvo su morali razviti način kojim će izravno mjeriti magnetski moment običnog protona. Nakon što im je to pošlo za rukom 2014., u sljedećem koraku krenuli su mjeriti moment antiprotona, što je bilo vrlo teško jer se on poništi čim dođe u kontakt s materijom. Kako bi to izveli, koristili su najhladniju i najdugovječniju antimateriju koja je ikada stvorena. Nakon što su 2015. stvorili antimateriju, uspjeli su je pohraniti u posebnom spremniku veličine i oblika kutije Pringlesa. Ondje su je držali zarobljenu više od godinu dana uz pomoć magnetskih i električnih polja. To im je omogućilo mjerenje momenta antiprotona.

U tom eksperimentu, predstavljenom u prestižnom časopisu Nature, tim BASE-a proveo je dosad najpreciznija mjerenja magnetskog momenta antiprotona u kojima je istraženo kako ta čestica antimaterije reagira na magnetske sile. Rezultat je pokazao da on iznosi −2.7928473441 μN, što je potpuno isti iznos kao kod protona, osim u negativnom predznaku.

"Sva naša promatranja utvrdila su potpunu simetriju između materije i antimaterije kakve u svemiru ne bi smjelo biti“, rekao je Christian Smorra, fizičar koji na CERN-u radi na eksperimentu barionsko-antibarionske simetrije (BASE).

"Negdje bi morala postojati asimetrija, međutim mi jednostavno ne razumijemo u čemu je razlika“, dodao je.

Hrvatski fizičar Ivica Puljak, koji i sam sudjeluje u radu na eksperimentima u CERN-u, kaže da je pitanje zašto se naš svemir sastoji samo od materije, dok nam teorije govore da bi u njemu trebala biti ista količina antimaterije, jedno od najzanimljivijih znanstvenih pitanja današnjice.

"Do sada nismo uspjeli na njega odgovoriti, a ovaj novi rezultat kaže da razlika u materiji i antimateriji nije u njihovim magnetskim svojstvima“, tumači za Index Puljak.

"Kao i uvijek u znanosti, s jedne strane smo nezadovoljni jer nismo uspjeli saznati rješenje ove misterije, a s druge strane nam ovo pitanje predstavlja još veći izazov. A mi znanstvenici volimo izazove i misterije, tako da s optimizmom gledamo na nove eksperimente i pokušaje da odgovorimo na pitanje zašto je naš svemir baš ovakav kakvog ga vidimo“.

Svijet antimaterije i materije

Prema svemu što danas znamo svemir je izgrađen od materije koja se sastoji od elementarnih čestica kao što su elektroni i kvarkovi te od nekih rjeđih čestica kao što su mion, tau i neutrino. Sve te čestice na fundamentalnom nivou zapravo su pobuđenja u kvantnim poljima. Za svaku česticu postoji antičestica koja joj je po svemu jednaka, osim po naboju ili po spinu koji su kod antičestica suprotni. U skladu s time za svako pobuđenje u kvantnom polju koje predstavlja česticu, postoji jednako, ali suprotno pobuđenje u kvantnom polju koje predstavlja antičesticu. Kada se ta suprotna pobuđenja susretnu, ona se međusobno ponište i pritom stvore čistu energiju u obliku elektromagnetskog zračenja te eventualno neke manje masivne parove čestica i antičestica. Pritom je energija proporcionalna zbroju masa čestica i antičestica koje su sudjelovale u anihilaciji u skladu s Einsteinovom jednadžbom E=mc2.

Čestice antimaterije povezuju se zajedno u atome i molekule baš kao i čestice materije. One se u svemu ponašaju isto kao čestice materije, što znači da bi od njih mogle biti izgrađene zvijezde, planeti pa i živa bića. Prema jednoj hipotezi koja nastoji objasniti msiterioznu odsutnost antimaterije, postoji mogućnost da se ona nalazi u nekom odvojenom dijelu svemira izolirana od susreta s materijom.