Polowanie na antymaterię

Pojęcie antymaterii narodziło się dokładnie 80 lat temu. W 1928 r. Paul Dirac, brytyjski fizyk, przewidział istnienie antycząstek, idealnych kopii znanych nam cząstek elementarnych, tyle że z przeciwnym ładunkiem elektrycznym. Hipoteza ta (potwierdzona eksperymentalnie w 1932 r.) dała początek serii pytań dotyczących antymaterii. Najważniejsze z nich brzmi: dlaczego w kosmosie jest mnóstwo materii i jedynie śladowe ilości antymaterii? - czytamy w DZIENNIKU.

Jak wiadomo, w naturze dominują zwykłe cząstki: elektrony, kwarki, neutrina. Z naszego punktu widzenia to nawet dobrze. Cząstka po zetknięciu się ze swoją antycząstką znika i jedyne, co po nich pozostaje, to czysta energia. Gdyby materia i antymateria miały istnieć w takich samych ilościach, po chwili nie byłoby już niczego poza ciężkim promieniowaniem gamma.

I tu właśnie zaczyna się problem. Naukowcy zakładają, że 14 mld lat temu w wyniku Wielkiego Wybuchu powstała zarówno materia, jak i antymateria. Gdyby jednak było ich tyle samo, zamiast gwiazd i planet mielibyśmy dzisiaj wszechświat wypełniony jedynie światłem. Stąd pojawiła się koncepcja, że gdy kosmos był bardzo młody, antymaterii musiało być mniej. Zakłada się, że na każde 30 mln antycząstek przypadało 30 mln i jedna zwykła cząstka materii.

Wydaje się, że to drobna różnica. Jednak zdaniem naukowców nie mogła być ona dziełem przypadku. Fizycy uważają oni, że dyskryminacja antymaterii pojawiła się już po Wielkim Wybuchu i że musiała być ona skutkiem tego, że prawa fizyki inaczej traktują materię, a inaczej antymaterię. Taką hipotezę wysunął w 1967 r. Andriej Sacharow, radziecki fizyk jądrowy.

Kolejne pytanie brzmi: w jaki sposób doszło do dzisiejszej nierównowagi, kiedy materii jest mnóstwo, a antymaterii prawie wcale? Według tzw. teorii supersymetrii kwarki i antykwarki odbijały się od ścian rozszerzającego się bąbla, z tym że antycząstki częściej uciekały na zewnątrz. Dziś ów prehistoryczny bąbel jest całym wszechświatem. Teoria wygląda ciekawie, ale rachunkowo pozostawia wiele do życzenia: żeby dominacja materii miała takie rozmiary jak obecnie, w równaniu musiałyby się znaleźć nieznane nam jeszcze cząstki elementarne.

Inną ciekawą teorią jest leptogeneza, według której istnienie zawdzięczamy neutrinom. To niezwykle ulotne cząstki, bez problemu przelatujące przez środek kuli ziemskiej. W początkach wszechświata miałby królować ich praprzodek, tzw. neutrino sterylne, który zgodnie z postulatami Sacharowa chętnie zmienia się w antyneutrino. Z kolei antyneutrina w niezwykłych warunkach wczesnego wszechświata zmieniłyby się w cząstki materii, jaką znamy.

Obie wspomniane teorie mają jedną wadę. By wyjaśnić zagadkę antymaterii, wprowadzają wiele nowych bytów. Jeżeli mają rację orędownicy supersymetrii, prędzej czy później przekonamy się o tym eksperymentalnie. Natomiast teorię sterylnego neutrina, nawet jeśli jest prawdziwa, prawdopodobnie nigdy nie uda się udowodnić. Zatem pytanie, dlaczego istnieje wszechświat zbudowany z materii, może na zawsze pozostaje zagadką.

Badania nad antymaterią mają jeszcze jeden cel. Naukowcom nie chodzi tylko o rozwiązywanie tajemnicy początków wszechświata. Antymateria uznana została bowiem za paliwo kosmiczne przyszłości. Gdyby udało się wyjaśnić, dlaczego antycząstki znikły z kosmosu, być może dowiedzielibyśmy się, gdzie ich szukać i jak gromadzić. A dzięki temu możliwe by się stały podróże kosmiczne poza obręb naszego Układu Słonecznego.