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
póz
niej 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