În cartea și filmul Îngeri și Demoni, profesorul Langdon încearcă să salveze orașul Vatican de o bombă cu antimaterie. În Star Trek, Enterprise folosește antimateria pentru a călători mai repede decât viteza luminii. Dincolo de științifico-fantastic, antimateria este reală. Particulele de antimaterie sunt aproape identice cu omologii lor de materie, cu excepția că antimateria are o sarcină opusă particulei de materie și spin diferit.
Atunci când o particulă intră în coliziune cu antiparticula sa, cele două se anihilează, emițând raze gamma, fotoni de înaltă energie.
Chiar dacă bombele cu antimaterie și navele spațiale alimentate cu antimaterie țin doar de science fiction, există multe aplicații reale ale antimateriei.
Antimateria ar fi trebuit să anihileze toată materia în univers după Big Bang.
Big Bang-ul ar fi trebuit să creeze materie și antimaterie în cantități egale. Atunci când materia și antimateria se întâlnesc, se anihilează, lăsând în urmă doar energie. Deci, în principiu, nici unul dintre noi nu ar fi trebuit să existe.
Dar noi existam pentru că, în final, a existat o particulă de materie în plus pentru fiecare miliard de perechi de materie-antimaterie. Fizicienii încearcă să explice această asimetrie.
Antimateria este mai aproape de tine decât crezi.
Cantități mici de antimaterie continuă să cadă constant pe Pământ sub formă de raze cosmice. Aceste particule de antimaterie ajung în atmosfera noastră într-o cantitate de una până la 100 de particule pe metru pătrat. Oamenii de știință au observat, de asemenea, dovezi ale producției de antimaterie deasupra furtunilor.
Dar alte surse de antimaterie sunt chiar mai aproape de casa noastră. De exemplu, bananele produc antimaterie, eliberând un pozitron (antielectron) – echivalentul antimateriei a unui electron – la fiecare 75 de minute. Asta se întâmplă deoarece bananele conțin o cantitate mică de potasiu-40. Deoarece Potasiul-40 se dezintegrează, în timpul procesului scapă un pozitron. Și nu doar în banane găsim Potasiu-40, ci și în corpul nostru.
Oamenii au creat doar o cantitate mică de antimaterie
Anihilarea materiei-antimaterie are potențialul de a elibera o cantitate imensă de energie. Un gram de antimaterie ar putea produce o explozie de dimensiunea unei bombe nucleare. Cu toate acestea, oamenii au produs doar o cantitate infimă de antimaterie.
Toți antiprotonii creați la acceleratorul de particule Tevatron cântăresc doar 15 nanograme. La CERN s-au produs aproximativ 1 nanogram de antiprotoni.
Toată antimateria realizată de oameni nu ar fi suficientă pentru a încălzi o ceașcă de ceai. Problema constă în eficiența și costul producerii și stocării antimateriei. Un gram de antimaterie necesită aproximativ 25 de milioane de miliarde de kilowați-oră de energie și un cost de peste 1 milion de miliarde de dolari.
Există capcane de antimaterie
Pentru a studia antimateria, aceasta trebuie împiedicată să intre în contact cu materia. Oamenii de știință au creat modalități pentru a face asta. Particulele de antimaterie, precum pozitronii și antiprotonii, pot fi ținute în dispozitive numite capcane Penning. Acestea sunt asemănătoare cu acceleratoarele de particule mici. În interior, particulele se învârt în jurul lor, iar câmpurile magnetice și electrice le împiedică să se ciocnească cu pereții “capcanei”.
Însă capcanele Penning nu funcționează asupra particulelor neutre, cum ar fi antihidrogenul, deoarece sunt particule fără sarcină electrică. În schimb, pot fi suspendate în capcane Ioffe (capcane magnetice), care crează o regiune din spațiu în care câmpul magnetic devine treptat mai mare în toate direcțiile. Astfel particula rămâne blocată în centru, în zona cu cel mai slab câmp magnetic, asemănător cu o bilă care rămâne în partea de jos a unui bol rotund.
Gravitația ar putea avea efect și asupra antimateriei
Particulele de materie și antimaterie au aceeași masă, dar au proprietăți diferite, cum ar fi sarcina electrică și spinul. Modelul standard prezice că gravitația ar trebui să aibă același efect asupra materiei cât și antimateriei; totuși, acest lucru nu a fost încă observat. Experimentele AEGIS, ALPHA și GBAR sunt în căutarea unui răspuns.
Observarea efectului gravitației asupra antimateriei nu este la fel de ușoară precum observarea căderii unui măr dintr-un copac. Aceste experimente trebuie să mențină antimateria suspendată sau să o încetinească prin răcirea acesteia la temperaturi aproape de zero absolut. Și pentru că gravitația este cea mai slabă dintre forțele fundamentale, fizicienii trebuie să folosească particule neutre de antimaterie pentru a preveni interferența cu forțele electrice mai puternice.
Antimateria este studiată în deceleratoarele de particule
CERN găzduiește o mașină numită “decelerator de antiprotoni”, un inel de stocare care poate capta și încetini antiprotoni pentru a studia proprietățile și comportamentul.
Neutrinii ar putea fi propriile lor antiparticule
O particulă de materie și partenera sa de antimaterie au sarcini electrice opuse, făcându-le ușor de distins. Neutrinii, particule aproape fără masă, care rareori interacționează cu materia, nu au sarcină. Oamenii de știință cred că neutrinii ar putea fi particule Majorana, o clasă ipotetică de particule în care acestea sunt și propriile lor antiparticule.
Proiecte precum “Majorana Demonstrator” și “EXO-200” au scopul de a determina dacă neutrinii sunt particule Majorana, căutând un comportament denumit dublă dezintegrare beta-neutrino.
Unele nuclee radioactive se dezintegrează simultan, eliberând doi electroni și doi neutrini. Dacă neutrinii ar fi propriile lor antiparticule, ei s-ar anihila unul pe celălalt, iar oamenii de știință ar observa doar electroni.
Descoperirea neutrinilor Majorana ar putea explica de ce există o asimetrie între cantitatea de materie și antimaterie de astăzi. Ipoteza spune că particulele Majorana pot fi grele sau ușoare. Cele ușoare există astăzi, iar cele grele au existat imediat după Big Bang. Neutrinii mari s-au dezintegrat asimetric, ducând la excesul de materie care a permis universului nostru să existe.
Antimateria este folosită în medicină
TEP (tomografia cu emisie pozitronică) folosește pozitroni pentru a produce imagini de înaltă rezoluție ale corpului. Izotopii radioactivi (precum cei găsiți în banane) se atașează substanțelor chimice precum glucoza care sunt utilizate în mod natural de către organism. Acestea sunt injectate în sânge, unde sunt dezintegrate, eliberând pozitroni ce sunt anihilați când întâlnesc electronii. Anihilarea produce raze gamma ce sunt folosite pentru a construi imaginile.
Oamenii de știință de la CERN din proiectul ACE au studiat antimateria ca potențial candidat pentru terapia cancerului.
Antimateria care ar fi trebuit să ne împiedice existența ar putea exista încă
O modalitate prin care oamenii de știință încearcă să rezolve problema asimetriei este de a căuta antimateria rămasă în urma Big Bang-ului.
Pe Stația Spațială Internațională există în partea de sus montat un detector de particule numit AMS (Alpha Magnetic Spectrometer). Acest detector poate separa materia de materie și identifică particulele în timp ce trec prin detector.
Coliziunile razelor cosmice produc pozitroni și antiprotoni, dar probabilitatea de a crea un atom de antiheliu este extrem de scăzută din cauza cantității mari de energie de care va avea nevoie. Asta înseamnă că observarea chiar și a unui singur nucleu de antiheliu ar fi o dovadă puternică pentru existența unei cantități mari de antimaterie în altă parte a Universului.
Oamenii studiază cum să realizeze nave spațiale folosind antimaterie
Doar o mână de antimaterie poate produce o cantitate imensă de energie. Propulsia rachetelor cu ajutorul antimateriei este posibilă ipotetic; limitarea majoră constă în obținerea unei cantități de antimaterie suficiente pentru a face acest lucru.
În prezent, nu există tehnologia necesară pentru producerea în cantități mari sau stocarea ei. Cu toate acestea, Ronan Keane și Wei-Ming Zhang, au efectuat studii cu privire la propulsia și stocarea antimateriei. Într-o zi, dacă găsim o modalitate de a crea sau a colecta cantități mari de antimaterie, studiile lor ar putea face ca navele spațiale bazate pe antimaterie și călătoriile interstelare sa devină realitate.
Traducere și adaptare dupa Symmetry Magazine.