CERN ima novu zamku za hvatanje antimaterije

Antimaterija je vrlo nezgodna tvar za duže proučavanje, jer će uništiti svaki spremnik u koji je pokušate staviti. No, sada su fizičari u CERN-u razvili novu "zamku" koja može ohladiti uzorke u nekoliko sekundi, umjesto nekoliko sati. Taj napredak omogućuje znanstvenicima da duže proučavaju veće uzorke, što bi moglo pomoći u otkrivanju nekih od najvećih misterija svemira.

Antimaterija je svojevrsni "zli blizanac" regularne materije koja dominira svijetom oko nas. Glavna razlika je u tome što njene čestice imaju suprotan naboj, ali ta jednostavna varijacija ima veliku implikaciju. Ako se čestice materije i antimaterije ikada sretnu, one se međusobno uništavaju u naletu energije, što znači da je ta interakcija mogla dovesti do uništenja čitavog svemira, no to se nije dogodilo.

Na našu sreću, antimaterija je danas iznimno rijetka u svemiru, ali znanstvenici nisu sigurni zašto je to tako. Prema Standardnom modelu, Veliki prasak je trebao stvoriti jednake količine materije i antimaterije, koje su se tada trebale sudariti i izbrisati većinu sadržaja svemira prije nego što je počeo nastajati. Činjenica da smo sada ovdje pokazuje da se to nije dogodilo, ali ostaje kao jedan od najzbunjujućih misterija znanosti.

Nažalost, rijetkost i nestabilnost antimaterije otežava istraživanje problema. Može se stvoriti samo u malim količinama u objektima poput Velikog hadronskog sudarača, gdje se čestice razbijaju zajedno kako bi se stvorili parovi materije i čestice antimaterije. A onda ju je teško pohraniti jer očito ne možete samo staviti antimateriju u staklenku, obzirom da će ona nestati čim dođe u dodir s materijom.

Znanstvenici stoga spremaju antimateriju u takozvane Penningove zamke, koje koriste elektromagnetska polja za suspendiranje čestica i antičestica u vakuumu. Ovi se uzorci često hlade na izuzetno niske temperature, ali tehnike koje se uobičajeno koriste na materiji teško je primijeniti na antimateriju.

Sada su istraživači CERN-a razvili novu verziju ovih zamki za hlađenje antimaterije, koja povećava veličine uzoraka antimaterije dostupne za eksperimente i poboljšava preciznost mjerenja.

Lasersko hlađenje jedna je od vodećih tehnika u kojoj je atom pogođen laserskom zrakom, nakon čega apsorbira, a zatim ponovno emitira foton, koji mijenja njegov momentum.

Teško je natjerati antimateriju da izravno odgovori na ovu metodu, iako je drugi projekt CERN-a nedavno napravio proboj i na tom području. Umjesto toga, antimaterija se može neizravno ohladiti laserskim hlađenjem obližnjih iona, koji zatim apsorbiraju toplinu iz čestica antimaterije. Problem se ipak vraća zbog stavljanja materije i antimaterije u istu zamku.

Znanstvenici iz CERN-ove kolaboracije BASE povezali su dvije Penning zamke s 3,5-inčnim supravodljivim rezonantnim električnim krugom. Jedna zamka sadrži oblak berilijevih iona, dok druga sadrži jedan antiproton. Kada se berilij laserski hladi, energija se prenosi iz antiprotona kroz krug do iona, čime se antiproton hladi.

Tim kaže da se ovom metodom uzorci mogu hladiti mnogo brže nego inače i to na hladnije temperature.

"Ovo je važna prekretnica u preciznoj Penning spektroskopiji zamke", kaže Christian Smorra, autor studije. „Optimiziranim postupcima trebali bismo moći postići temperaturu čestica reda od 20 do 50 miliKelvina (mK), idealno u vremenu hlađenja od 10 sekundi. Prethodne metode dopuštale su nam da dosegnemo 100 mK u 10 sati. ”

Time se otvara put prema preciznijim mjerenjima, što bi pak moglo rasvijetliti zašto u svemiru postoji tako malo antimaterije. Vjeruje se da je naboj jedina stvarna razlika (zajedno s malim varijacijama u kvantnim brojevima) između materije i antimaterije, ali najbolje je ne oslanjati se na pretpostavke. Znanstvenici proučavaju neka od temeljnih svojstava antimaterije i uspoređuju ih s onima u materiji. A ako je razlika između materije i animaterije u još nečemu, to bi moglo postati ključ za razotkrivanje cijele misterije.

"Naša je vizija neprestano poboljšavati preciznost usporedbi između materije i antimaterije kako bismo razvili bolje razumijevanje kozmološke asimetrije između njih", kaže Stefan Ulmer, autor studije. "Novorazvijena tehnika postat će ključna metoda u ovim pokusima, čiji je cilj mjerenje temeljnih konstanti antimaterije na razini subčestica na trilijun."

Čitav znanstveni rad objavljen u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.