Šta je antimaterija?

Proton je poznat svima koji su imali fiziku u srednjoj školi. S jednim pozitivnim nabojem ključni je i sastavni dio za većinu materije u svemiru. No, priroda ima i čudnog blizanca; anti-proton. Ova egzotična čestica antimaterije nosi jedan negativan naboj.



Ovih dana su astrofizičari su otkrili pravu riznicu antimaterije skrivene u Zemljinom magnetskom polju, što bi moglo sadržavati ključ za velika saznanja i nove mogućnost za putovanja u svemir.

Što je Antimaterija?



Anti-proton je prvi predvidio genijalni fizičar Paul Dirac 1933. godine čijom je zaslugom dobio Nobelovu nagrade (njegovo predavanje možete pregledati ovdje). Fizičarima je trebalo više od dva desetljeća da se dokaže kako je profesor Dirac bio u pravu. Godine 1955. Emilio Segre i Owen Chamberlain, istraživači profesori Sveučilišta u Kaliforniji, Berkley, kreirali su anti-proton u laboratoriju. Za otkriće je ovaj par dobio Nobelovu nagradu za fiziku.

U sljedećim desetljećima, fizičari su otkrili još više komada slagalice vezane za antimateriju. Anti-protoni, raspravljalo se, su rezultati visoko-energetskog sudara između protonskog nuklearnog zračenja i jezgre atoma. Kolizija zamjenjuje energiju sudara čestica kako bi stvorilo česticu tj. par s negativnim nabojem.

Tipično je da se čestice ponovno zajedno kombiniraju. Kada protoni i anti-protoni dođu u neposrednu blizini jedni s drugima, oni eliminiraju jedni druge, i stvaraju zračenja (energiju). No, anti-proton povremeno preživi, ​​jer se odvaja od svojih sestra čestica i jer izbjegne protone. Takvi događaji ispunjavaju ogromna prostranstva svemira s niskim razinama antimaterije.

Kako su anti-protoni nabijene čestice, pokazalo se da oni mogu biti zarobljeni od strane jakog magnetska polja – što je bio ključ za sprečavanje uništenja laboratorije za vrijeme pokusa s njima. To saznanje dovodi do intrigantnog pitanja koje okupira svijesti mnogih ljudi – Zemlja ima razmjerno veliko i “jako” magnetsko polje (sam vrh od ~ 60 mikro tesla), da li bi to vjerojatno bila zamka za antimateriju?

Antimaterija – bliže nama nego što smo mislili



Fizičari vjeruju da, napokon, imaju odgovor na to pitanje, a to je potvrda da antimaterija doista ostaje zarobljena u magnetskom polju Zemlje.

Nabijeni Van Allen-ovi pojasevi zadržavaju alfa čestice – nabijene jezgre helija – i nabijene protone u slojevima iznad atmosfere. Slično tome, jata anti-protona držite jedni druge kroz sile odbojnosti. Međutim, taj učinak hvatanja ne može zaštititi anti-protone od materije koja se nalazi u atmosferi. Kada anti-proton dođe u dodir s tom materijom, dođe do uništenja.

Upravo je te reakcije otkrila Pamela (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) sa svojim detektorima dok je skenirala pojas oko planete. Reakcije stvaraju energiju i nabijene čestice, sličnu zarobljenim česticama koje se emitiraju sa Sunca.

Pamelu su projektirali i napravili u Rusiji znanstvenici: Rusije, Italije, Njemačke i Švedske i u svemir je prenijela ruska letjelica-satelit RESURS-DK1 izgrađena 2006. godine, težine 470 kg, njezini instrumenti od 335 vata, koštali su oko 32 milijuna dolara.

Ovim zapažanjima Pamela je ispunila ključni dio svoje misije i time je polučila uspjeh. To nije je bilo lak zadatak – potraga za anti-protonima je nalikovala potrazi za iglom u plastu sijena, jer je tradicionalne energetski nabijene materije puno više unutar magnetskog polja nego li antimaterije.

Utvrđeno je da se pojasevi s antimaterijom nalaze nekoliko stotina kilometara od površine Zemlje u regiji koja se preklapa s niskom orbitom oko Zemlje (LEO – low earth orbit). Nalazišta anti-protona je Pamela otkrila u tri magnitude, 1000 puta veće nego li je obično za vidjeli u ovom dijelu svemira, što je dokaz učinaka hvatanja ove antimaterije od strane EM polja naše planete.

Studija, koja ima poduži popis autora kreće uskoro u tisak no dobili smo prve izvještaje koji su objavljeni u časopisu Astrophysical Journal Letters.

U intervjuu za BBC, Profesor Alessandro Bruno sa Sveučilišta u Bariju – Italija, jedanaesti autor ove studije kaže: “Naši pojasevi oko Zemlje najviše obiluju izvorima anti-protona i oni su najbliži Zemlji … Zarobljeni anti-protoni mogu biti bespovratno izgubljeni u interakciji s atmosferskim sastojcima, posebno na malim visinama gdje njihovo uništenje postaje glavni mehanizam njihova nestajanja . Na visinama od nekoliko stotina kilometara, stopa gubitka je znatno niža, čime se omogućavaju velike količine stvaranja anti-protona. “

Anti-protonsko rudarstvo?



Iako je otkriće fascinantno iz stajališta čiste fizike, ono također predstavlja otkriće rijetkog resursa . Na Zemlji možemo proizvesti male količine anti-protona tako što se koriste nuklearne kolizije veće od 20 GeV u objektima napredne fizike što je onaj u Fermilab-u. S obzirom koliko je energije potrebno da bi ih se uhvatilo u zamku, te čestice su izuzetno vrijedne.

Ta bogata ponuda anti-protona u orbiti može se, u teoriji, skupljati u značajnim količinama i koristiti za mnoge svrhe.

Jedna aplikacija bi mogla biti u čistoj fizici – da bi se utvrdio bolji uvid u prirodu antimaterije. Druga potencijalna primjena može biti u specijalnim oblicima liječenja raka. Anti-protoni su pokazali velike potencijale za liječenju malignih bolesti, baš kao i kod terapije s alfa česticama iona.

Na koncu konca, svemirski brod bi mogao kupiti anti-čestice kao gorivo za putovanje do susjeda naše planete, kao što su Mars ili Jupiter. US National Aeronautics and Space Administration ili NASA je već stvorila neke planove o motorima koji bi radili na antimateriju. Takav dizajn može postati stvarnost u nadolazećim desetljećima.

Ukratko, ova godina može označiti početak nove utrke za novu vrstu resursa – utrku koja bi čovječanstvo mogla odvesti u prostranstva svemira zbog ove rijetke čestice, čestice koja je u potpunosti sasvim drugačija od svega što imamo u svijetu oko nas. Antimaterija je čestica za kojom će tragati pioniri rudari u generacijama koje dolaze: e pa sretan lov.

Daily Tech