Δημιουργήθηκαν μόρια με μίξη ύλης και αντιύλης

Πηγή:Nature, 22 Νοεμβρίου 2005

Φυσικοί υποψιάζονται ότι έχουν δημιουργήσει τα πρώτα μόρια από άτομα που συνυπάρχει η ύλη με την αντιύλη. Ο Allen Mills του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Riverside, μαζί με άλλους συναδέλφους του, λένε ότι έχουν δει αποκαλυπτικά σημάδια μορίων με την ονομασία ποζιτρόνιουμ (positronium Ps), που έγιναν από δύο άτομα ποζιτρόνιουμ.

Το ποζιτρόνιουμ Ps είναι ένα εξωτικό μόριο που μοιάζει με το υδρογόνο. Σε ένα άτομο υδρογόνου, το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο κινείται γύρω από ένα θετικό πρωτόνιο. Και η ελκτική ηλεκτρική δύναμη μεταξύ των δύο σωματιδίων τα κρατά μαζί στο ίδιο άτομο.

Στο ποζιτρόνιουμ, το πρωτόνιο του υδρογόνου αντικαθίσταται από ένα ποζιτρόνιο, το οποίο είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου, με θετικό φορτίο σαν του πρωτονίου και ίδια μάζα με ένα ηλεκτρόνιο, που είναι ακριβώς το 1/1.836 ενός πρωτονίου. Έτσι το ποζιτρόνιουμ είναι ένα εξαιρετικά ελαφρύ "άτομο".

Αφύσικη ένωση

Ακριβώς όπως 2 άτομα του υδρογόνου ενώνονται για να σχηματίσουν ένα μόριο, έτσι θεωρητικά πρέπει να είναι δυνατόν να ενωθούν δύο άτομα ποζιτρόνιουμ για να σχηματίσουν ένα μόριο, το οποίο θα γραφόταν ως Ps2.

Αλλά το ποζιτρόνιουμ δεν υπάρχει φυσικά, επειδή η ύλη και η αντιύλη εξαϋλώνονται απελευθερώνοντας φωτόνιο. Όταν ένα ποζιτρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο συνδυάζονται τεχνητά για να δημιουργήσουν ένα άτομο ποζιτρόνιουμ, όπως έγινε για πρώτη φορά το 1951, αυτό γρήγορα αυτο-καταστράφηκε, εκπέμποντας την ενέργεια του ως ακτινοβολία γάμμα.

Επειδή λοιπόν το ποζιτρόνιουμ είναι τόσο ασταθές, είναι δύσκολο να γίνει ένα αέριο αρκετά πυκνό για να συνδυαστούν τα άτομα. Όμως, ο Mills και οι συνάδελφοι του νομίζουν ότι μπορεί τώρα να έχουν βρει έναν τρόπο, και υποψιάζονται ότι έχουν δει μια ένδειξη (έχοντας βρει κάποιες 'υπογραφές' στο πείραμα τους), ότι σχηματίστηκαν μόρια ποζιτρόνιουμ για πολύ μικρό χρόνο πριν από την αυτοκαταστροφή τους.

Εκρηκτικά άτομα

Οι επιστήμονες έχουν κάνει στο παρελθόν κι άλλες παράξενες κατασκευές από αντιύλη. Άτομα αντιυδρογόνου, φτιαγμένα από αντιύλη (αντιπρωτόνια και ποζιτρόνια), έχουν γίνει στο εργαστήριο. Ενώ ερευνητές στη Δανία έφτιαξαν απλά άτομα ποζιτρόνιουμ που συνδέθηκαν με τα συνηθισμένα άτομα του υδρογόνου το 1992, σχηματίζοντας έτσι το μόριο PsH. Έχουν σκεφτεί ακόμη να κατασκευάσουν και νερό με ποζιτρόνιουμ: Ps₂O.

Αλλά εάν τα μόρια του ποζιτρόνιουμ του Mills αποδειχθούν πραγματικά, θα είναι τα πρώτα στοιχεία για ένα νέο είδος χημείας, ως αποτέλεσμα των αντιδράσεων μεταξύ των "εκρηκτικών" ατόμων, που έχουν μια απολύτως διαφορετική φυσική σύνθεση από αυτά στη φύση.

Στόχος το γυαλί

Στο πείραμα που φτιάχτηκαν τα παράξενα μόρια, ο Mills και οι συνάδελφοί του πυροδότησαν μια ακτίνα ποζιτρονίων, που εκπέμφθηκε από την αποσύνθεση μιας ραδιενεργού μορφής νατρίου, πάνω σε έναν στόχο συνηθισμένου πυριτίου, σαν το πορώδες γυαλί ενός παραθύρου, γεμάτο μικροσκοπικές τρύπες. Στις συγκρούσεις, μερικά από τα ποζιτρόνια απέσπασαν ένα ηλεκτρόνιο και σχημάτισαν έτσι ένα ποζιτρόνιουμ. Τα άτομα αυτά του ποζιτρόνιουμ συσσωρεύτηκαν μέσα στο πορώδες πυρίτιο, όπου η πυκνότητά τους μπορεί να γίνει αρκετά υψηλή για να επιτρέψει τον σχηματισμό του Ps2 .

Η ομάδα ήταν σε θέση να ελέγξει την ποσότητα του ποζιτρονίου που συσσωρεύτηκε, μετρώντας την ένταση των ακτίνων γάμμα που δημιουργήθηκαν όταν εξαϋλώθηκαν μαζί τα ηλεκτρόνια με τα ποζιτρόνια.

Οι ερευνητές ανέμειναν αυτή την ένταση να είναι υψηλότερη από το πυρίτιο απ' ό,τι από για τα απομονωμένα άτομα του ποζιτρόνιουμ. Αλλά τελικά η ένταση της ακτινοβολίας ήταν ακόμα μεγαλύτερη από την προβλεφθείσα. Αυτό μπορεί να οφείλεται, λένε, στο γεγονός ότι μερικά από τα άτομα του ποζιτρόνιουμ συνδυάζονται στα μόρια, κάτι που αυξάνει τις πιθανότητες των ηλεκτρονίων και των ποζιτρονίων να συγκρουστούν μεταξύ τους, στο μικρό χώρο που βρίσκονται.

Εντούτοις, αυτή δεν είναι η μόνη πιθανή εξήγηση για τα αποτελέσματα. Μπορεί να είναι ότι το μεγαλύτερο ποσοστό της καταστροφής (και η εκπομπή της ακτινοβολίας) προέρχεται από μια πρόσθετη συμπίεση του αερίου ποζιτρόνιουμ σε μικρές ρωγμές ή άλλες ατέλειες στο πορώδες πυρίτιο. Οι ερευνητές ελπίζουν να διακρίνουν τι πράγματι συνέβη μεταξύ αυτών των πιθανοτήτων σε μελλοντικά πειράματα χρησιμοποιώντας διαφορετικούς στόχους.

Η έρευνα δημοσιεύεται στο Physical Review Letters.