Trăim într-un Univers compus din materie; antiamteria a dispărut fără să lase urme. Soluția acestui mister nu a fost încă pe deplin descoperită.

O nouă idee propusă pentru a găsi răspunsul este folosirea unei molecule, monometoxidul de radiu, radioactive, care are o formă ce ar ajută oamenii de știință să efectueze experimente cu o sensibilitate crescută.

Ce este antimateria?

Fiecare particulă pe care o cunoaștem are o antiparticulă corespunzătoare; de exemplu electronul are că antiparticulă pozitronul (antielectronul) care, spre deosebire de electron, are o sarcină electrică pozitivă. La fel protonul are că antiparticulă antiproronul cu sarcină electrică negativă. Inclusiv neutronul, care este neutru din punct de vedere electric, are o antiparticulă: antineutronul, întrucât acesta este compus din anticuarci. Încă nu este clar dacă neutrinii și antineutrinii sunt particule diferite sau, dimpotrivă, este un caz în care particula și antiparticula sunt aceleași.

Antimateria a apărut în fizică la început că o curiozitate matematică, în ecuația lui Dirac la sfârșitul anilor ‚’20 ai secolului trecut, care avea obiectivul să descrie electronul, însă avea o a două soluție care nu era clar la ce anume corespunde. La câțiva ani distanță au fost însă descoperite în studiul razelor cosmice primele antiparticule care se formau în urma interacțiunii razelor cosmice cu materia normală. De atunci antimateria este produsă și studiată la acceleratoarele de particule în diverse laboratoare în lumea întreagă.

Misterul dispariției antimateriei

Actuala noastră teorie despre Univers, despre nașterea și evoluția acestuia, spune că imediat după Big Bang trebuiau să existe un același număr de particule și antiparticule. Fiecare particula ar fi avut o antiparticulă. Dacă așa stau lucrurile acestea ar fi trebuit să se anihileze și să lase în urmă doar energie – fără materie. Totuși, trăim într-un Univers compus din materie – antimateria a disparut ! Cum a fost posibil una ca asta?

Acesta este misterul dispariției antimateriei din Univers. Se crede că răspunsul la această întrebare este legat de legile fizicii particulelor elementare – care ar fi diferite în lumea materiei față de cele  din lumea antimateriei. Astfel de diferențe au fost deja observate – de exemplu în lumea kaonilor (particule ce conțin cuarcul straniu), însă nu sunt suficiente pentru a explică supraviețuirea unei cantități așa mari de materie precum cea pe care o vedem în Univers. Ar trebui să existe și alte asimetrii, care să fie verificate de experimente.

Un nou experiment cu o moleculă radioactivă

Până la ora actuală asimetriile au fost căutate în lumea particulelor – cum ar fi de exemplu neutronul (unde nu au fost descoperite), sau  kaonul (unde au fost descoperite în cantitate foarte mică). A fost astfel descoperită o așa-numită asimetrie CP – adică legile fizicii dacă schimbă particulele cu antiparticulele (simetria C) și se efectuează experimentul schimbând și coordinatele (P – paritate) pentru kaoni nu sunt identice. Cercetătorii au propus să caute aceste asimetrii nu doar cu particulele cu și cu molecule mai complexe: precum moleculă ionizată  radioactivă monometaoxidul de radiu RaOCH3+.

Această moleculă are o formă asimetrica, cu o distribuție a sarcinii electrice care ar face-o mai sensibilă pentru studii de asimetrii CP. Practic, o eventuală asimetrie ar fi amplificată de sute de mii de ori! Atât experimentul cât și calculele teoretice la baza acestei propuneri au fost publicate în două articole în revistă Phys. Rev. Letters.  Experimentul propus este complex, întrucât folosește metode de fizică cuantică pentru a citi semnalele.

Antimateria că resursa

Dispariția antimateriei reprezintă un adevărat mister. Între timp, aceasta este folosită inclusiv în spitale – în așa-numită tehnică PET – tomografia cu emisie de pozitroni, unde pozitronii emiși în reacții de dezintegrare sunt folosiți pentru a crea imagini ale organelor noastre, în cadrul așa-numitor tehnici ne-invazive. Un mister dar și o resursa – antimateria probabil ascunde încă multe mistere.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Romă, Italia) și colaborator al Scientia.ro.