De ce există materie în Univers? Unde a dispărut antimateria? Noi existăm pentru că materia a „învins” în lupta cu antimateria, însă la ora actuală nu ştim bine cum a avut loc acest proces. Studiul neutrinilor, particulele cele mai misterioase din cadrul Modelului Standard, ne-ar putea ajută să înţelegem ce s-a întâmplat imediat după Big Bang şi cum de materia a ajuns să supravieţuiască anihilării cu antimateria.
Teoria Big Bangului, procesul care a dat naştere Universului nostru, susţine că la început, când Universul a luat naştere, există anat aterie cât şi antimaterie: fiecărei particule îi corespundea o antiparticulă. Atunci ar fi fost de aşteptat că acestea să se anihileze şi, în final, să dea naştere unui Univers doar de energie – de exemplu fotoni. Totuşi, în prezent, după mai bine de 13 miliarde de ani de la Big Bang, avem un Univers de materie – nici urmă de antimaterie. Unde a dispărut această? Ce s-a intampat cu antimateria? De zeci de ani oamenii de ştiinţă caută răspunsul la această întrebare – practic de când a fost descoperită antimateria. Această a fost prezisă de către Dirac, prin faimoasa ecuaţie care îi poartă numele (chiar dacă la început nu era deloc clar că această ecuaţie prevedea existenţa antimateriei, scopul lui Dirac fiind să descrie comportamentul electronilor) în 1928. Pozitronii, antiparticulele electronilor, au fost descoperiţi în 1932 de către Carl Anderson. De când teoria Big Bangului a fost introdusă în fizică dispariţia antimateriei a devenit un adevărat mister - unul dintre cele mai fascinante din fizică modernă. La ora actuală se crede că soluţia ar fi legată de faptul că în lumea antimateriei există legi diferite faţă de cele din lumea materiei (de exempu antiparticulele au comportări uşor diferite); o asimetrie deci între materie şi antimaterie care a fost inclusiv măsurată la acceleratoarele de particule, de exemplu în studiul kaonilor şi al antikaonilor. Asimetria măsurată însă nu justifică dispariţia completă a antimateriei. Din acest motiv oamenii de ştiinţă caută alte procese care ne-ar putea ajută să înţelegem mai bine ce s-a întâmplat. Studiul neutrinilor ar putea să ne dea o mâna de ajutor. Neutrinii sunt particule fără sarcina electrică, au o masă, care la ora actuală nu este încă cunoscută (se ştie însă că este foarte mică) şi alte interesante proprietăţi cuantice. Ceea ce însă nu se ştie este dacă neutrinii sunt aceleaşi particule că antineutrinii, sau două tipuri de particule diferite. Răspunsul la această întrebare este extrem de important. Dacă neutrinul şi antineutriul sunt aceeaşi particula (cum susţinea fizicianul italian Majorana în 1937) atunci ar avea loc în Univers un poces numit „violarea conservării numărului leptonic”. Dacă numărul leptonic nu s-ar conservă ar fi posibil că antimateria să se transforme în materie, şi atunci am avea o explicaţie naturală a dispariţiei antimateriei din Univers. La ora actuală însă toate procesele studiate au demonstrat conservarea acestui număr leptonic. Pentru a putea măsură o eventuală anomalie, oamenii de ştiinţă studiază aşa-numită dublă dezintegrare beta fără emisie de neutrii. Dezinterarea beta este un proces în cadrul căruia un nucleu instabil se trasforma într-un nucleu (mai) stabil, emitând un electron şi un antineutrin. În cadru unei duble dezintegrări beta se emit doi electroni şi doi antineutrini. Dacă însă neutrinul şi antineutrinul sunt acelaşi tip de particula atunci cei doi antineutrini emişi s-ar putea anihila, caz în care în dublă dezintegrări beta ar lua naştere doar doi electroni. Acest gen de procese sunt la ora actuală studiate în laboratoarele subterane; până în prezent însă nu au fost văzute procese de dublă dezintegrare beta în cadrul cărora să fie emişi doar doi electroni. Experimente precum CUORE, la laboratorul subteran de la Gran Sasso în Italia, au fost perfecţionate şi în viitorul apropiat vor continuă studiul aceste interesante procese.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro
Recomandările noastre
