Dlaczego nie ma antyświatów

Fizykom z ośrodka badań jądrowych CERN pod Genewą udało się wytworzyć antywodór.

23.11.2010

Czyta się kilka minut

To duże naukowe osiągnięcie. Czym jest antymateria? Każda cząstka elementarna ma swojego bliźniaka, tzw. antycząstkę. Wiemy o tym od dawna - mniej więcej od lat 30. XX wieku. Zatem proton ma antyproton, elektron - antyelektron itd. Cząstka różni się od antycząstki tym, że jest przeciwnie naładowana: jeśli elektron niesie ujemny ładunek elektryczny, to antyelektron, zwany też pozytronem, niesie ładunek dodatni; jeśli proton niesie ładunek dodatni, to antyproton ujemny. Cząstki pod względem ładunku elektrycznego neutralne, takie jak np. neutron, także mają swoje antycząstki  (wówczas inne parametry charakteryzujące cząstki są przeciwne).

Zanim antycząstki zostały odkryte w laboratoriach, o ich istnieniu, jak to często bywa, "wiedziały" równania matematyczne. Równanie Diraca, należące do podstawowych równań opisujących rzeczywistość na poziomie kwantowym, ma symetryczne rozwiązania. Po pewnych kłopotach interpretacyjnych fizycy doszli do wniosku, że owe występujące zawsze parami rozwiązania opisują cząstki i antycząstki. Parę lat później antycząstki zostały odkryte doświadczalnie.

W akceleratorach, m.in. w CERN, obserwuje się wiele antycząstek. Ich cechą charakterystyczną jest to, że w spotkaniu z antycząstkami ulegają anihilacji, tzn.  zamieniają się w energię. I odwrotnie: jeśli odpowiednio dużo energii skupimy w jednym miejscu, to możemy wyprodukować cząstkę i antycząstkę. Te zjawiska są doskonale poznane i obserwowane już od dawna. W 1995 r. udało się sztucznie wytworzyć 9 atomów antywodoru, ale po milionowej części sekundy uległy one anihilacji z materią. Jeśli atom wodoru składa się z protonu, który jest jego jądrem, i krążącego wokół elektronu, to antywodór składa się z antyprotonu i krążącego na orbicie antyelektronu. Sukces zespołu z CERN, któremu udało się na "długi czas", tzn. na 1/5 sekundy, uwięzić 38 atomów antywodoru w pułapce magnetycznej (spośród tysięcy występujących w eksperymencie), stanowi ważne osiągnięcie naukowe i techniczne.

Rzecz ciekawa, że mimo symetrii - cząstka-antycząstka, atom-antyatom, materia-antymateria - we wszechświecie antycząstki występują bardzo rzadko. Obserwujemy je na przykład w promieniowaniu kosmicznym, ale nie ma ani antygwiazd, ani antyplanet, czyli takich gwiazd czy planet, które zbudowane byłyby z antycząstek. I całe szczęście, że nie ma. Gdyby taka antygwiazda spotkała się z gwiazdą, to nastąpiłaby ich anihilacja, w wyniku czego powstałyby olbrzymie ilości energii.

Rodzi się pytanie, dlaczego nasz świat nie jest symetryczny: chociaż teoria wskazuje na pełną symetrię między materią i antymaterią, to jednak we wszechświecie istnieją tylko niewielkie ilości antymaterii. Przypuszcza się, że w  wielkim wybuchu występowała prawie dokładna symetria między materią i antymaterią. Ale - jak często w fizyce - symetrie bywają złamane. (Ciekawe, że nasze oko też lubi małe naruszenia symetrii; np. w symetrycznie budowanych gotyckich katedrach bardzo często występują świadome małe naruszenia symetrii, aby wrażenie piękna było jeszcze większe.) W pierwotnym wszechświecie było, jak się przypuszcza, odrobinkę więcej materii: materia i antymateria w dużej mierze wyanihilowały, zamieniając się na energię, której pozostałości obserwujemy obecnie w postaci mikrofalowego promieniowania tła. Została tylko owa maleńka nadwyżka materii, z której powstał nasz wszechświat.

Dziękujemy, że nas czytasz!

Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →

Dostęp 10/10

  • 10 dni dostępu - poznaj nas
  • Natychmiastowy dostęp
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
10,00 zł

Dostęp kwartalny

Kwartalny dostęp do TygodnikPowszechny.pl
  • Natychmiastowy dostęp
  • 92 dni dostępu = aż 13 numerów Tygodnika
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
89,90 zł
© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]
Kosmolog, filozof i teolog. Profesor nauk filozoficznych, specjalizuje się w filozofii przyrody, fizyce, kosmologii relatywistycznej oraz relacji nauka-wiara. Kawaler Orderu Orła Białego. Dyrektor, fundator i pomysłodawca Centrum Kopernika Badań… więcej

Artykuł pochodzi z numeru TP 48/2010