Άτομα αντιύλης συλλαμβάνονται για πρώτη φορά

Από σελίδα του NewScientist και CERN, 21 Φεβρουαρίου 2002

Άτομα, της πιό άπιαστης ύλης στον κόσμο, έχουν συλληφθεί για πρώτη φορά.

Σύμφωνα με το πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων, κάθε σωματίδιο έχει ένα αντίστοιχο αντισωμάτιο με την ίδια μάζα και το αντίθετο φορτίο. Το ζευγάρι όμως αυτό των σωματιδίων όταν έλθει σε επαφή, εκμηδενίζει το ένα το άλλο, ελευθερώνοντας ενέργεια ίση περίπου με την ενέργεια που έχουν τα δύο σωματίδια (E=mc²).

Οι εξισώσεις του Dirac πρόβλεπαν ότι όλα τα στοιχειώδη σωματίδια στη φύση πρέπει να έχουν αντίστοιχα αντισωματίδια. Σε κάθε περίπτωση οι μάζες του σωματιδίου και αντισωματιδίου είναι ίδιες και άλλες ιδιότητές τους είναι σχεδόν ίδιες. Αλλά σε όλες τις περιπτώσεις τα πρόσημα μερικών φυσικών μεγεθών τους είναι αντίθετα. Τα αντιπρωτόνια για παράδειγμα έχουν την ίδια μάζα με τα πρωτόνια αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Από τον καιρό του Dirac εκατοντάδες τέτοια ζευγάρια σωματιδίων-αντισωματιδίων έχουν παρατηρηθεί. Ακόμη και σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, όπως είναι το νετρόνιο, έχουν αντισωματίδια. Αυτά έχουν κάποια άλλη ιδιότητά τους προσημασμένη (όπως είναι η μαγνητική ροπή) που μπορεί να πάρει αντίθετη τιμή στο αντισωματίδιο.

Οι επιστήμονες έχουν αναρωτηθεί εάν μπορούν να εκμεταλλευτούν αυτήν την ενέργεια, αλλά το έχουν βρεί δύσκολο να κάνουν και να ελέγξουν τα αντιάτομα. Προς το τέλος της δεκαετίας του '90, μέχρι εννέα άτομα αντιυδρογόνου είχαν ανιχνευθεί στους επιταχυντές των σωματιδίων στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) και στο Fermilab κοντά στο Σικάγο. Αλλά κινούνταν με, σχεδόν, την ταχύτητα του φωτός - πολύ, πάρα πολύ, γρήγορα για να αποθηκευτούν ή να μελετηθούν.

Τώρα οι ερευνητές στο πείραμα ATRAP στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN), το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο για τη Φυσική των Σωματιδίων κοντά στη Γενεύη, νομίζουν ότι έχουν κατακευάσει και έχουν καταχωρήσει χιλιάδες αντιάτομα κατά τρόπο αόριστο σε μια παγίδα σωματιδίων.

Φλυτζάνι του καφέ

Η ομάδα, που καθοδηγήθηκε από τον Gerald Gabrielse του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, χρησιμοποίησε τα ισχυρά μαγνητικά πεδία για να παγιδεψει αντιάτομα που βρέθηκαν στα συντρίμμια των συγκρούσεων στους επιταχυντές των σωματιδίων στο CERN. Εισήγαγαν έπειτα μια ακτίνα των αντιηλεκτρονίων, ή ποζιτρονίων, και χρησιμοποίησαν ένα ηλεκτρικό πεδίο για να τα επιβραδύνουν και να φέρουν τους δύο τύπους των σωματιδίων μαζί.

Όταν η ομάδα εξέθεσε την παγίδα των σωματιδίων σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, μερικά σωματίδια απέτυχαν να κινηθούν, δείχνοντας ότι τα φορτισμένα αντισωμάτια είχαν δεσμευτεί μαζί στα ουδέτερα άτομα αντιυδρογόνου.

"Είναι δύσκολο να φανεί πώς θα μπορούσατε να αποφύγετε κάποιο αντιυδρογόνο μέσα εκεί," λέει ο Gabrielse. Αυτός δεν μπορεί να είναι βέβαιος, πόσα άτομα παγίδεψαν, αλλά λέει ότι θα παίρνατε μόνο ένα μικροσκοπικό ποσό ενέργειας, με το συνδυασμό ύλης και αντιύλης -- όχι αρκετό ακόμα για να θερμάνετε ένα μικρό φλυτζάνι του καφέ.

Ο Gabrielse ελπίζει να επιβεβαιώσει το εύρημα του με τη μέτρηση του φάσματος του ατόμου αντιυδρογόνου όταν ξεκινήσει να τρέχει πάλι ο επιταχυντής του CERN, πάλι τον επόμενο Μάιο.

Η νέα έρευνα παρουσιάστηκε στην Αμερικανική Ένωση για την Πρόοδο και την Επιστήμη, στην ετήσια συνεδρίαση του για το 2002, στη Βοστώνη.

Ο επιβραδυντής αντιπρωτονίων

Ο επιβραδυντής αντιπρωτονίων είναι μια πολύ ειδική συσκευή συγκρινόμενη με τις άλλες που ήδη υπάρχουν στο CERN και τα άλλα εργαστήρια στον υπόλοιπο κόσμο. Έτσι, ένα "εργοστάσιο αντισωματιδίων" συνίσταται από μια αλυσσίδα μερικών επιταχυντών, που το καθένα έχει ένα ειδικό σκοπό για να παραχθούν αντιπρωτόνια. Το σύμπλεγμα του CERN είναι ένα πολύ καλό παράδειγμα.

Πάνω από 20 χρόνια οι επιστήμονες στο CERN χρησιμοποιούν αντισωματίδια με πολλούς τρόπους για τις εργασίες τους. Τα αντισωματίδια βέβαια γεννιούνται με τις συγκρούσεις σωματιδίων. Πριν όμως διανεμηθούν σε διάφορα πειράματα φυσικής, πρέπει να απομονοθούν, να συλλεχθούν και να αποθηκευτούν για να εισαχθούν στο κατάλληλο σημείο την κατάλληλη χρονική στιγμή.