Dlaczego Wszechświat istnieje? Dlaczego cokolwiek istnieje? Może się wydawać, że te pytania powinny być przedmiotem filozofii, nie fizyki. Okazuje się jednak, że są również związane z badaniami nad antymaterią.
Artykuł napisała Agnieszka Makulska.
Model Standardowy mówi, że w momencie Wielkiego Wybuchu powinny powstać jednakowe ilości materii oraz antymaterii. Według zasad fizyki powinny one anihilować ze sobą, niszcząc wszystko i pozostawiając jedynie promieniowanie. Tak się jednak nie stało. Z powodów, które nie są znane współczesnej nauce, musiało powstać odrobinę więcej materii, a Wszechświat który dziś obserwujemy zbudowany jest z tego niewielkiego ułamka materii, który nie anihilował. Aby wytłumaczyć to zjawisko, fizycy zakładają, że oprócz różnicy ładunków musi istnieć inna istotna różnica pomiędzy materią a antymaterią na poziomie kwantowym.
Sprzęt używany podczas eksperymentu BASE.
W ośrodku badawczym CERN prowadzone są badania mające ją odnaleźć. W ramach Baryon-Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) mierzone są momenty magnetyczne protonów i antyprotonów. Obserwacje antymaterii są oczywiście wyjątkowo trudne. Wymagają użycia magnetycznych „pułapek” próżniowych, nazywanych Pułapkami Penninga, w których można uwięzić antycząstki, zapobiegając ich kontaktowi ze zwykłą materią. Nie działają one jednak idealnie – z czasem antymateria „wycieka” na zewnątrz.
18 października 2017 r. w czasopiśmie „Nature” opublikowano najnowsze wyniki eksperymentu BASE. Naukowcy użyli dwóch schłodzonych do ekstremalnie niskich temperatur Pułapek Penninga, dzięki czemu udało im się utrzymać antyprotony przez rekordowy czas 405 dni, podczas którego mogli przeprowadzić dokładne badania ich momentu magnetycznego. Po raz pierwszy uzyskano w ten sposób bardziej precyzyjne pomiary dla antymaterii niż dla materii.
Otrzymany w ten sposób wynik ma dokładność do 9 cyfr znaczących. To tak, jakby zmierzyć obwód Ziemi z dokładnością do kilku centymetrów. Wszystko wskazuje no to, że moment magnetyczny antyprotonu jest identyczny z momentem magnetycznym protonu, ma jedynie przeciwny znak.
Na zdjęciu mgławica NGC 2359.
„Wszystkie dotychczasowe badanie wskazują na całkowitą symetrię między materią a antymaterią, z czego wynika, że Wszechświat właściwie nie powinien istnieć”, mówi należący do CERN fizyk Christian Smorra. „Gdzieś musi istnieć asymetria, której nie potrafimy znaleźć.”
Badania poszukujące różnic między cząstkami a antycząstkami trwają. Innym projektem prowadzonym przez CERN jest ALPHA, w ramach którego naukowcy ustalili, że atom antywodoru w oddziaływaniu ze światłem zachowuje się tak samo, jak atom zwykłego wodoru. Obecnie badane jest zachowanie antymaterii w polu grawitacyjnym.
