Polski Portal Ekologiczny: ochrona przyrody, ochrona środowiska

Gdzie się podziała antymateria i inne zagadki

Fot.: CERN, Wikipedia, cc-by-sa-2.0.

Gdzie się podziała antymateria? Kto decyduje o masie kwarków? Co to jest ciemna materia i gdzie jej szukać? Ile

wymiarów ma przestrzeń? Te pytania to nie żarty. Do prób znalezienia odpowiedzi przystąpią wkrótce w szwajcarskim

ośrodku naukowym CERN, najtęższe umysły świata fizyki. Eksperymenty będą przeprowadzane w specjalnym kolistym

tunelu, wykopanym 100 metrów pod ziemią. Tunel ma średnicę ok. 9 km.

Przedmiotem badań naukowców w CERN są cząstki elementarne. Poznaliśmy je dzięki badaniom struktury atomu, a

później jądra atomowego. Jak wiadomo, apetyt rośnie w miarę jedzenia. Dlatego głodni wiedzy fizycy nie poprzestają

na odkryciu kwarków, czyli części składowych protonów i neutronów. Nie satysfakjonuje ich też odkrycie leptonów -

małych, występujących samodzielnie cząstek elementarnych, do których należy elektron i neutrino. Poszukują wciąż

nowych sposobów na odkrycie kolejnych cząstek, których istnienie to na razie hipoteza teoretyków.

W LHC będą w nim przyspieszane i zderzane dwie wiązki protonów (czasem również innych cząstek). W dwóch

oddzielnych rurach akceleratora będą krążyć w przeciwnych kierunkach dwie wiązki cząstek, coraz bardziej się

rozpędzając. Kiedy nabiorą wystarczającej prędkości, zostaną w ściśle określonym miejscu naprowadzone na siebie i

cząstki zaczną zderzać się ze sobą z ogromną prędkością. Eksperymentatorom zależy na zmaksymalizowaniu

prawdopodobieństwa trafienia protonu w proton, co, jak nietrudno sobie wyobrazić, przy rozmiarach cząstek

elementarnych jest ekstremalnie trudne. Jednak, dzięki zastosowaniu odpowiednio silnego pola magnetycznego będzie

to możliwe. Wiązki protonów będą tak silnie skupione, że po nakierowaniu przeciwbieżnych wiązek na siebie będzie

dochodziło do kilkudziesięciu milionów zderzeń na sekundę.

Oczywiście żaden proton nie przetrwa zderzenia z drugim protonem przy prędkościach, do których cząstki będą

rozpędzane. Każdy z nich rozpadnie się na inne cząstki. Niektóre z nich znikną zamieniając się w czystą energię, z

której z kolei może powstać coś innego. Tysiące takich zjawisk będą zachodziły po każdym z milionów zderzeń na

sekundę.

Do obserwacji tych zjawisk naukowcy i inżynierowie przygotowali inne, ogromne urządzenia. Zestawy detektorów

zamontowane w tunelu LHC osiągają rozmiary kilkupiętrowego budynku. Analizując dane zebrane przez detektory,

naukowcy chcą dowiedzieć się więcej o tym z czego zbudowany jest nasz świat. Ich głównym celem jest potwierdzenie

teorii zakładającej istnienie tzw. cząstki Higgsa.

"Istnieją różnego rodzaju koncepcje i przypuszczenia jaki mechanizm decyduje o masie cząstek elementarnych. Jedna z

nich mówi, że zyskują one masę przez oddziaływania z czymś innym. I chodzi o odkrycie tego czegoś innego. Peter

Ware Higgs pierwszy zaproponował mechanizm, że cząstka może uzyskiwać masę przez oddziaływanie z uniwersalnym

polem, które się nazywa polem Higgsa. Jednym z zadań LHC jest sprawdzenie czy takie pole istnieje" - mówi PAP

fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Warszawskiego prof. Marek Demiański.

Antymateria

strona 1 / 2

Polski Portal Ekologiczny: ochrona przyrody, ochrona środowiska

Gdzie się podziała antymateria i inne zagadki

We wszechświecie nie ma obecnie antymaterii, a jeżeli się pojawi, w wyniku rozpadu promieniotwórczego lub

wytworzona sztucznie w laboratorium, anihiluje w zetknięciu ze swoim zwykłym odpowiednikiem zamieniając się w

czystą energię. Natomiast w procesie kreacji, czyli zamianie energii w materię, regułą jest tworzenie się takiej samej

ilości cząstek i antycząstek. We wszechświecie powinno zatem być tyle samo materii co antymaterii, ale nie ma.

Naukowcy są jednak przekonani, że kiedyś - w najwcześniejszych początkach wszechświata - tak właśnie było.

W tym gwałtownym okresie, powstałe w wyniku tego gigantycznego aktu kreacji cząstki i antycząstki, stykając się ze

sobą anihilowały, ale... nie pozostała po nich czysta energia. Ponieważ przed anihilacją materia z jakiegoś powodu

przeważyła nad antymaterią. Skutek był taki, że anihilowała taka sama ilość materii i antymaterii, a "nadwyżka"

materii pozostała, umożliwiając w ten sposób powstania materialnego świata - gwiazd, planet i życia na planetach.

Krótko mówiąc umożliwiając powstanie naszej rzeczywistości.

Zagadkowa ciemna strona materii

Zagadka ciemnej materii pojawiła się, kiedy odkryto, że w obserwowanych przez astronomów rejonach kosmosu

znajdują się obszary, w których nie ma "zwykłej", świecącej materii, jaką obserwuje się przez teleskopy, ale jest coś, co

wytwarza pole grawitacyjne, czyli ma masę. To niezwykłe "coś" nazwano ciemną materią. Z obserwacji kosmosu

wynika, że ciemnej materii jest we wszechświecie kilkakrotnie więcej niż "zwykłej", świecącej materii.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Rybicka

strona 2 / 2