13265

Czym więc jest antymateria?

W roku 1927 angielski fizyk, Paul Dirac, próbował rozwinąć teorię kwantową, która w owym czasie nie chciała się zgadzać ze szczególną teorią względności Einsteina. Dirac sformułował równanie, które pozwalało opisać zachowanie się elektronu.

E² = mo²c⁴ + p²c²

Jako że energia w rozwiązaniu ma postać jej kwadratu, to pierwiastki z tego równania są dwa:

Dirac (mając prawie 24 lata) stwierdził, że jego równanie opisujące falę elektronową miało dwa rozwiązania, z czego płynęły doprawdy dziwaczne konsekwencje: powinna istnieć inna cząstka o własnościach identycznych z elektronem, różniąca się od niego tylko ładunkiem elektrycznym. Stoi za tym bardzo proste matematyczne pojęcie: każde dziecko znające podstawy mnożenia wie, że pierwiastek kwadratowy z 4 równy jest 2 oraz -2, bo 2 x 2 = 4 i -2 ^x -2 = 4. Istnieją więc dwa rozwiązania: plus albo minus dwa.

Problem polegał na tym, że symetria wynikająca z równania Diraca oznaczała, iż dla każdej cząstki musi istnieć inna cząstka o takiej samej masie i przeciwnym ładunku elektrycznym. Dlatego Dirac przez jakiś czas zmagał się z tym dodatkowym rozwiązaniem, by wreszcie ustąpić i stwierdzić, iż w przyrodzie obok ujemnych muszą występować także dodatnie elektrony. Ktoś ukuł termin antymateria. Ta antymateria miała znajdować się wszędzie dookoła, tyiko jakoś nikt nigdy jej jeszcze nie zauważył.

W roku 1932 młody fizyk z Caltecłi, Carl Anderson, zbudował komorę mgłową tak zaprojektowaną, by umożliwiała rejestrowanie i fotografowanie subatomowych cząstek. Magnes o dużej mocy otaczał urządzenie, by zakrzywiać tory cząstek pozwalając w ten sposób na badanie ich energii. Anderson złapał w swojej komorze jedną dziwaczną nową cząstkę, a raczej jej ślad. Nazwał ten nowy obiekt pozytonem, bo był identyczny z elektronem, tylko, że zamiast ujemnego, miał dodatni ładunek. Publikacja Andersona nie nawiązywała do równania Diraca, ale wkrótce dostrzeżono łączący je związek. Anderson znalazł nową postać materii, antycząstkę, która parę lat wcześniej wyskoczyła z równania Diraca. Wspomniane ślady w komorze mgłowej były śladami promieniowania kosmicznego, cząstek przybywających z odległych zakątków naszej Galaktyki, stale bombardujących atmosferę. By otrzymać jeszcze dokładniejsze dane, Anderson przetransportował swą aparaturę z Pasadeny na szczyt górski w Kolorado, gdzie powietrze jest rozrzedzone, a promieniowanie kosmiczne bardziej intensywne.

Na antyproton trzeba było czekać znacznie dłużej. W celu jego wykrycia zbudowano w Berkeley, w USA, akcelerator, o tak dobranej energii, by w zderzeniach wiązki protonów przyspieszanych w akceleratorze z nieruchomą tarczą mogła powstać para proton -antyproton. Udało się to w roku 1955.

40 lat później, w grudniu roku 1995, w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w Genewie zarejestrowano produkcję pierwszych atomów antywodoru. Było to bardzo trudne przedsięwzięcie. Nie jest dziś bowiem bardzo trudno wytworzyć antyprotony, i nawet rutynowo buduje się z nich wiązki. To samo dotyczy antyelektronów, czyli pozytonów.