Oamenii de știință intenționează să transporte antimaterie volatilă pentru prima dată

Adaugă-ne ca sursă preferată în Google

Urmărește-ne in Discover

Când camionul va pleca de la clădirea de la CERN, laboratorul european de fizică a particulelor situat lângă Geneva, toate privirile vor fi îndreptate spre încărcătura sa prețioasă, un dispozitiv de o tonă care conține unele dintre cele mai exotice materiale de pe Pământ, transmite The Guardian.

Testul de 20 de minute în jurul campusului, programat pentru sfârșitul acestei luni, va marca prima încercare din lume de a transporta antimaterie, o substanță atât de delicată încât, atunci când intră în contact cu materia obișnuită, ambele sunt consumate într-o explozie de energie pură.

A fost nevoie de ani de zile pentru a ajunge în acest moment. Dar dacă testul decurge bine – adică dacă camionul se întoarce cu antimateria intactă – acesta va deschide calea pentru ca CERN să transporte materialul către alte laboratoare. În acele facilități, cercetătorii vor efectua măsurători de precizie în speranța de a afla de ce universul nostru este construit din materie și nu din aceste particule oglindă bizare.

„O întrebare fundamentală pe care vrem să o înțelegem este de unde a venit materia. Și apoi, dacă știi despre antimaterie, este firesc să te întrebi: de ce nu este aici? Procesul nu este înțeles și căutăm indicii cu privire la motivul pentru care s-a întâmplat”, spune dr. Christian Smorra, fizician în cadrul Experimentului de Simetrie Baryon-Antibaryon (Base) de la CERN.

Antimateria, un nume care implică o opoziție aproape ideologică față de fundamentul existenței noastre, este primită cu căldură în science fiction. În Star Trek, ea alimentează motorul warp și torpilele fotonice ale navei Enterprise. În Îngeri și demoni de Dan Brown, un recipient conținând un sfert de gram de antimaterie este furat de la CERN într-un complot de a arunca în aer Vaticanul.

Realitatea este liniștitor de banală. Emitatori de antimaterie sunt ușor de găsit în supermarketuri sub formă de banane, care emit antiparticule prin dezintegrarea radioactivă a potasiului. Din păcate, acestea au o valoare limitată pentru înțelegerea universului. Dispozitivul de pe camionul CERN va transporta aproximativ 1.000 de particule de antimaterie, cântărind aproximativ o miliardime dintr-o trilioană de gram. În cazul în care izolarea ar ceda și antimateria ar intra în contact cu materia normală, impulsul de energie rezultat ar fi atât de slab, încât încărcătura nici măcar nu ar justifica o etichetă de radioactivitate.

Antimateria a fost prezisă pentru prima dată în 1928, când fizicianul Paul Dirac a combinat teoria cuantică, care descrie comportamentul particulelor subatomice, cu relativitatea specială, teoria lui Einstein privind spațiul și timpul. Lucrarea i-a adus lui Dirac un premiu Nobel și a descris un univers în care fiecare particulă are o antiparticulă corespunzătoare, identică, dar cu sarcină opusă.

Prima antimaterie a fost detectată patru ani mai târziu. Carl Anderson, de la California Institute of Technology, a observat ceea ce s-a dovedit a fi un antielectron, sau pozitron, străbătând un instrument care captura averse de particule eliberate de razele cosmice. Și el a câștigat un premiu Nobel pentru munca sa.

De atunci, oamenii de știință au confirmat întreaga gamă de antiparticule. Versiunile de antimaterie ale electronilor, protonilor și neutronilor se pot asambla în anti-atomi și anti-molecule. Într-un univers diferit, anti-planetele ar putea fi încălzite de anti-soare în anti-galaxii sclipitoare.

„Dacă am fi cu toții făcuți din antimaterie și am trăi într-un univers alcătuit în întregime din antimaterie, nu am observa nicio diferență”, spune dr. Jack Devlin, cercetător universitar al Royal Society la Imperial College London. „Ciudat este că, într-un fel, legile fizicii permit existența acestei substanțe care pare să se comporte la fel ca materia normală.”

Conform modelelor moderne ale universului, în Big Bang s-au creat cantități egale de materie și antimaterie. Dar ce s-a întâmplat apoi? Când materia și antimateria se întâlnesc, particulele se transformă direct în energie. Deci, de ce cosmosul nu este o întindere vastă de energie?

„Se pare că am ajuns într-un univers care este complet copleșit de materie obișnuită și care nu conține aproape deloc antimaterie, iar acesta este miezul misterului”, spune Devlin.

Se așteaptă ca diferențele subtile dintre materie și antimaterie, care încep deja să se contureze, să explice cum a ajuns materia să domine, dar descoperirea lor necesită comparații extrem de precise ale proprietăților particulelor. De asemenea, este necesară o sursă fiabilă de material.

Aici intervine Fabrica de Antimaterie a CERN-ului, denumită în mod adecvat. Cercetătorii de la această instalație ciocnesc protoni de mare energie, nucleele atomilor de hidrogen, într-o țintă metalică densă, creând ploi de particule secundare. Printre acestea se numără antiprotonii, care sunt direcționați într-un decelerator, încetiniți și, în cele din urmă, capturați într-o capcană de antimaterie.

Însă, deși fabrica poate produce antimaterie, nu este locul ideal pentru măsurători de precizie. Deceleratorul care încetinește antiprotonii la aproximativ o zecime din viteza luminii utilizează câmpuri puternice care fac imposibilă efectuarea de măsurători sensibile în apropiere. Alte laboratoare ar putea măsura antimateria cu o precizie de 100 de ori mai mare, spun cercetătorii.

În vederea efectuării unor astfel de experimente, Smorra și colegul său, Stefan Ulmer, construiesc un dispozitiv pentru recepționarea antiprotonilor la Universitatea Heinrich Heine din Düsseldorf. Pentru a supraviețui călătoriei de la CERN, antimateria ar trebui să fie păstrată în condiții de izolare timp de peste 10 ore: două pentru încărcarea și descărcarea capcanei și restul pentru drumul de 800 de kilometri.

Capcana în sine este o realizare inginerească. Ea trebuie să rețină antimateria astfel încât să nu intre niciodată în contact cu materia normală. Pentru a face acest lucru, camera este menținută sub vid ultra-ridicat, comparabil cu vidul spațiului interstelar. Ea este răcită la -269 °C, ceea ce face ca orice gaz rătăcit să înghețe pe pereții camerei. Apoi, sunt utilizate câmpuri magnetice și electrice puternice pentru a menține antiprotonii în centrul camerei criogenice.

Câmpurile sunt suficient de puternice pentru a menține antimateria în loc în cazul în care camionul ar lovi denivelări sau ar frâna brusc în timpul transportului. Poate că cea mai mare amenințare pentru material este blocarea în trafic și întreruperea alimentării cu energie. Pentru testul de la CERN, capcana va fi alimentată de baterii care durează aproximativ patru ore. Călătoriile mai lungi vor necesita un generator dedicat la bord.

„Dacă vrem vreodată să facem experimente cu antiprotoni în altă parte, trebuie să punem acest lucru în practică și asta încercăm să facem”, spune Smorra. „În primul rând, trebuie să demonstrăm că putem transporta antimateria și acesta este un moment important pentru noi.”