Ινστιτούτο CERN: «Σύλληψη» ατόμων αντιύλης για πρώτη φορά

Πώς μπορεί κανείς να μελετήσει κάτι που εξαϋλώνεται ακαριαία όταν τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε δοχείο; Χρησιμοποιώντας μια ειδική μαγνητική παγίδα, απαντούν ερευνητές του CERN. Κατάφεραν έτσι να συλλάβουν μερικά άτομα αντιυδρογόνου, ενός πολύτιμου υλικού που προσφέρει στοιχεία για τις θεμελιώδεις αρχές του Σύμπαντος.

«Είμαστε εκστασιασμένοι. Το καταφέραμε έπειτα από πέντε χρόνια σκληρής δουλειάς» δήλωσε ο Τζέφρι Χάνγκστ, εκπρόσωπος του πειράματος ALPHA, σχολιάζοντας την εξέλιξη στο περιοδικό Nature όπου δημοσιεύονται τα αποτελέσματα.

Αντιστάρ

Η αντιύλη είναι όμοια με την ύλη σε όλα τα χαρακτηριστικά της εκτός από ένα: αποτελείται από σωματίδια με αντίθετα φορτία. Τα πρωτόνια που βρίσκονται στον πυρήνα των κανονικών ατόμων είναι φορτισμένα θετικά, ενώ τα αντιπρωτόνια της αντιύλης αρνητικά. Ομοίως, το αντι-ηλεκτρόνιο της αντιύλης, γνωστό και ως ποζιτρόνιο, έχει θετικό φορτίο και όχι αρνητικό όπως το ηλεκτρόνιο.

Θεωρητικά, ολόκληρα πλανητικά συστήματα και ζωντανά όντα θα μπορούσαν να αποτελούνται από αντιύλη. Ομως το παράξενο αυτό υλικό απουσιάζει από τον κόσμο γύρω μας, αφού, αν ερχόταν σε επαφή με την κανονική ύλη, θα εξαφανιζόταν μαζί της σε μια λάμψη υψηλής ενέργειας.

Η αντιύλη φαίνεται όμως να απουσιάζει όχι μόνο από τη γειτονιά μας αλλά και από ολόκληρο το Σύμπαν. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η γέννηση του Σύμπαντος δημιούργησε περισσότερη ύλη παρά αντιύλη.

Η μελέτη του αντιυδρογόνου αναμένεται να αποκαλύψει στο μέλλον γιατί συνέβη αυτό, ή, όπως το ονομάζουν οι φυσικοί, γιατί υπάρχει αυτή η παρατηρούμενη ασυμμετρία.

Εφόσον καταφέρουν να παγιδεύσουν λίγο περισσότερα άτομα αντιυδρογόνου, οι ερευνητές θα προσπαθήσουν επίσης να εξακριβώσουν αν οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που δρουν στην αντιύλη είναι ίδιες με αυτές που δέχεται η ύλη όπως την ξέρουμε. Αυτό θα επιβεβαίωνε μια πρόβλεψη του λεγόμενου Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής, η οποία, αν και ακούγεται λογική, ουδέποτε έχει επιβεβαιωθεί.

Ενα άλλο σχετικό πείραμα του CERN, με την ονομασία ΑΕgIS, θα εξετάσει αν η ύλη και η αντιύλη αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο στη βαρύτητα.

Συλλαμβάνοντας τους ύποπτους

To δύσκολο για τη διεθνή ερευνητική ομάδα του ALPHA δεν ήταν να δημιουργήσει αντιάτομα. Περίπου 50.000 άτομα αντιυδρογόνου είχαν παραχθεί σε προηγούμενη προσπάθεια το 2002. Σε εκείνη την περίπτωση, όμως, η αντιύλη αντέδρασε με τα γειτονικά άτομα ύλης και εξαφανίστηκε ακαριαία.

Η λύση ήταν να δημιουργηθεί ένα δοχείο που κρατά τα αντιάτομα αιωρούμενα εν κενώ, χωρίς να την αφήνει να έρθει σε επαφή με τα τοιχώματα.

Αυτό είναι εύκολο να γίνει με τα επιμέρους συστατικά των αντιατόμων, τα ποζιτρόνια και τα αντιπρωτόνια, επειδή τα σωματίδια αυτά είναι φορτισμένα και μπορούν να διατηρηθούν αιωρούμενα με τη χρήση ηλεκτρικών πεδίων.

Το αντι-υδρογόνο, όμως, είναι ηλεκτρικά ουδέτερο και δεν μπορεί να παγιδευτεί έτσι απλά. Επηρεάζεται όμως από τα μαγνητικά πεδία επειδή τα συστατικά της έχουν μια ιδιότητα που ονομάζεται σπιν. Οι ερευνητές δημιούργησαν έναν οκταπολικό μαγνήτη, του οποίου το πεδίο ήταν ισχυρότερο κοντά στα τοιχώματα της παγίδας και εξασθενεί προς το κέντρο του.

Αυτό ανάγκασε τα άτομα αντι-υδρογόνου να συγκεντρωθούν στο κέντρο της παγίδας, όπου και επέζησαν για 170 millisecond πριν τελικά εξαφανιστούν.

Επειτα από 335 απόπειρες, οι ερευνητές κατάφεραν να παγιδεύσουν με αυτή τη μέθοδο συνολικά 38 μεμονωμένα άτομα αντιυδρογόνου.

Το επίτευγμα είναι εντυπωσιακό, ωστόσο η απειροελάχιστη αυτή ποσότητα αντιυδρογόνου δεν επαρκεί για τη μελέτη του -οι ερευνητές εκτιμούν ότι η παγίδα πρέπει να περιέχει γύρω στα 100 αντιάτομα κάθε φορά.

Οι ερευνητές του ALPHA θα συνεχίσουν τις προσπάθειες, έχουν όμως να αντιμετωπίσουν τον ανταγωνισμό του ATRAP, ενός άλλου πειράματος στο CERN που επιχειρεί να δημιουργήσει άτομα αντιυδρογόνου που κινούνται με χαμηλότερες ταχύτητες και παγιδεύονται έτσι πιο εύκολα.

«Αντί να προσπαθούμε να δείξουμε ότι μπορούμε να κρατάμε περιορισμένα 18 άτομα για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, αναπτύσσουμε μεθόδους ώστε να παράξουμε και να παγιδεύσουμε μεγαλύτερους αριθμούς ψυχρών ατόμων» εξήγησε στο περιοδικό ο Τζέραλντ Γκάμπριελς, εκπρόσωπος του ATRAP.

«Μένει να δούμε ποια προσέγγιση θα αποφέρει καρπούς» σχολίασε.