300 άτομα αντιυδρογόνου παγιδεύτηκαν στο CERN

9 Ιουνίου 2011

Στις 5 Ιουνίου του 2011 παγιδεύτηκαν περίπου 300 άτομα αντιυδρογόνου (ή 300 αντιάτομα υδρογόνου) στο CERN για 1000 περίπου δευτερόλεπτα. Με αυτόν τον τρόπο οι επιστήμονες συνέλεξαν αρκετά δεδομένα για να μελετήσουν πώς επιδρά η βαρύτητα στα αντιάτομα υδρογόνου, ενώ τα φασματοσκόπησαν με μικροκύματα.

Αντιύλη είναι μια μορφή ύλης, η οποία θεωρητικά έχει τις ίδιες ιδιότητες με την υπόλοιπη με μόνη διαφορά ότι κάθε σωματίδιο αντιύλης έχει το αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο από το αντίστοιχο σωματίδιο. Τα συνηθισμένα σωματίδια οργανώνονται κατά κανόνα σε άτομα. Ένα άτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Ένα άτομο αντιυδρογόνου ή αντιάτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα αντιηλεκτρόνιο (λέγεται και ποζιτρόνιο) στη θέση του ηλεκτρονίου και ένα αντιπρωτόνιο στη θέση του πρωτονίου.

Σύμφωνα με τη θεωρία που έχει αποδεχθεί επί του παρόντος η επιστημονική κοινότητα όλες οι ιδιότητες της αντιύλης είναι γνωστές. Το πείραμα που εκτελέστηκε στο CERN έχει σκοπό να επαληθεύσει ότι η συμπεριφορά της αντιύλης όπως περιγράφεται με την παρούσα θεωρία ισχύει και στην πραγματικότητα. Με άλλα λόγια αυτό το πείραμα είναι ένα πείραμα επαλήθευσης. Τα πειράματα επαλήθευσης είναι σημαντικά, γιατί ενισχύουν την αξιοπιστία μιας θεωρίας, αν πετύχουν. Αν έστω και ένα πείραμα αποτύχει, τότε η θεωρία διαψεύδεται και ξεκινά ένας επιστημονικός μαραθώνιος για την παραγωγή μιας νέας καλύτερης θεωρίας.

Σε αυτό το πείραμα ελέγχονται πώς επιδρά η βαρύτητα και η θεμελιώδης κατάσταση του αντιυδρογόνου. Σύμφωνα με την υπάρχουσα θεωρία η συμπεριφορά του αντιυδρογόνου δεν πρέπει να διαφέρει από τη συμπεριφορά του υδρογόνου. Ο λόγος είναι ότι η βαρύτητα και η θεμελιώδης κατάσταση δεν εξαρτόνται από το πρόσημο του φορτίου. Δεδομένου ότι η αντιύλη διαφέρει από την υπόλοιπη μόνο ως προς το πρόσημο του φορτίου, κατά τα άλλα έχει τις ίδιες ιδιότητες με την ύλη, δε θα παρουσιάζει στη συγκεκριμένη περίπτωση διαφορετική συμπεριφορά. Αυτό είναι μια συνέπεια της συμμετρίας CPT (φορτίο-χώρος-χρόνος). Τα δεδομένα του πειράματος έχουν συλλεχθεί, αλλά για την εξαγωγή των τελικών αποτελεσμάτων απαιτούνται μήνες.

Δεν είναι η πρώτη φορά που παράχθηκε αντιύλη στο CERN. Ο CERN έχει παράξει στο παρελθόν ποζιτρόνια και αντιπρωτόνια, για τα οποία υπάρχουν προγράμματα μελέτης. Επιπλέον, δεν είναι πρώτη φορά που παράγονται άτομα εξωτικής σύνθεσης. Στο CERN όταν παράγονται αντιπρωτόνια μερικές φορές το ρόλο του ηλεκτρονίου τον αναλαμβάνει ένα αντιπρωτόνιο, ενώ έχουν παραχθεί και άτομα μιόνου (muonium) από μιόνια. Σημαντική διαφορά με αυτές τις περιπτώσεις είναι ότι τα άτομα αντιυδρογόνου ήταν πολλά και υπήρξαν για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι ασυνήθιστες μορφές ύλης, όπως ασυνήθη σωματίδια και άτομα είναι πολύ ασταθή, τα περισσότερα διασπώνται σε λιγότερο από κλάσματα του δευτερολέπτου. Στη συγκεκριμένη περίπτωση τα άτομα διατηρήθηκαν για 1000 δευτερόλεπτα περίπου. Αυτός ο χρόνος ήταν απαραίτητος, ώστε η τα άτομα αντιύλης να αποδιεγερθούν στη θεμελιώδη κατάστασή τους, με πιο απλά λόγια να ηρεμήσουν από τις υψηλές ενέργειες που απαιτούνται για τη δημιουργία τους.

Η αντιύλη είναι ασταθής όταν βρίσκεται σε περιβάλλον κανονικής ύλης. Το κάθε αντισωματίδιο αντιδρά με το αντίστοιχο σωματίδιό του και μετατρέπονται σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Τα άτομα που παράχθηκαν εγκλωβίστηκαν με κατάλληλα πεδία, ώστε να μην έρθουν σε επαφή με τη συνηθισμένη ύλη (από την οποία είναι κατασκευασμένη το CERN).

Πηγές

• "CERN experiment traps antimatter atoms for 1000 seconds". CERN, 5 Ιουνίου 2011 (Αγγλικά)
• "CERN: Παγίδευσαν εκατοντάδες σωματίδια αντι- ύλης". Μαντάτα, 6 Ιουνίου 2011