Antyprotony na ultra-chłodno

(Nie)sławy, jakiej antymaterii z CERN-u przysporzyły rewelacje spod znaku Dana Browna, pewnie długo jeszcze nie przyćmią postępy rzeczywistych uczonych na tym polu. Ostatnio na przykład udało im się schłodzić antyprotony do zaledwie 9 kelwinów. Czy ich technologia zapoczątkuje eksperymentalną anty-chemię fizyczną?

(Nie)sławy, jakiej antymaterii z CERN-u przysporzyły rewelacje spod znaku Dana Browna, pewnie długo jeszcze nie przyćmią postępy rzeczywistych uczonych na tym polu. Ostatnio na przykład udało im się schłodzić antyprotony do zaledwie 9 kelwinów. Czy ich technologia zapoczątkuje eksperymentalną anty-chemię fizyczną?

Atom wodoru to stan związany protonu i elektronu. Jeśli więc zwiążemy pozyton (czyli antyelektron) z antyprotonem, to dostaniemy atom antywodoru - dokładne antymaterialne "odbicie" starego dobrego hydrogenium.

Czy jednak symetria między materią a antymaterią jest taka dokładna? To pytanie trapi fizyków odkąd zorientowali się, że gdyby rzeczywiście tak było, tuż po Wielkim Wybuchu musiałoby powstać dokładnie tyle samo cząstek co antycząstek. Te z kolei bardzo szybko zanihilowałyby ze sobą i zarówno świeżo powstała materia, jak i antymateria odeszłyby w niebyt równie nagle, jak się pojawiły. Tak się jednak nie stało - materii zostało na tyle dużo, że powstały galaktyki, psy, koty, no i ludzie. Tylko na czym zasadza się ta faworyzująca materię różnica?

Być może uda się ją dostrzec, gdy dokładniej przyjrzymy się wspomnianym już atomom antywodoru. Konkretniej, na celowniku uczonych są poziomy energetyczne, na jakie "wskakiwać" będzie pozyton w wyniku wzbudzenia takiego atomu (tzw. widmo wzbudzeń). Jeśli struktura tych poziomów będzie choć trochę inna niż dla atomu wodoru, znacząco przybliży to rozwikłanie zagadki antymaterii.

Aby jednak móc przeprowadzić takie doświadczenie, trzeba dysponować antywodorem w tzw. stanie podstawowym. Jest to po prostu stan układu o najmniejszej możliwej energii. Niestety, antyprotony produkowane w CERN-ie są "gorące" - mają tak dużą energię, że gdy zwiąże się je z pozytonami, uzyskanym atomom bardzo daleko do tego pożądanego stanu. Niestety, schłodzenie układu antyprotonów, produkowanych wszak w wysokoenergetycznych zderzeniach, nie jest prostą sprawą.

Teraz wszakże CERN-owskim uczonym z eksperymentu ALPHA powiódł się trik, który już od jakiegoś czasu stosowany był do chłodzenia "zwykłej" materii. Koncepcja jest prosta - trzeba jakoś pozbyć się najbardziej energetycznych (anty)cząstek zawyżających temperaturę układu. Dzięki temu antyprotonowy gaz udało się schłodzić ze 100 K (kelwinów) do zaledwie 9 K. Zdaniem Jeffreya Hangsta, rzecznika zespołu ALPHA, daje to już realną nadzieję na pozyskanie antywodoru zdatnego do badań nad widmem wzbudzeń.

Jeśli wszystko pójdzie dobrze, będziemy więc mieli do czynienia z nowym działem nauki - antymaterialnym odpowiednikiem chemii fizycznej. Co prawda na razie antywodór jest jedynym atomem antypierwiastka, jaki uzyskano, ale w akceleratorach udało się już stworzyć jądra antydeuteru i antyhelu-3.

Ciekawe, co na to Dan Brown?

Źródło: New Scientist