Gdje je nestao anti-čovjek?

Sve što nas okružuje u svakodnevnom životu napravljeno je od materije, od elektrona, protona i neutrona. Na svoje i opće iznenađenje, 1928. godine Paul Dirac predvidio je da uz materiju treba postojati i antimaterija. Ta pretpostavka se potvrdila već godinu dana kasnije kada je Dmitri Skobeltsyn pronašao prvi trag antimaterije, česticu koja je po skoro svemu identična elektronu, osim što ima suprotan naboj. Takav pozitivan elektron nazvan je pozitron.

Image for post
Univerzalna Naljepnica: Svi elementi na zemlji su proizvod gorenja vodika u zvijezdama, na neki način vodik i vrijeme su jedini sastojci potrebni za sve što nas okružuje.
Izvor: https://xkcd.com/1123/

Ubrzo su pronađene i ostale anti čestice, za svaku elementarnu česticu pronašli smo jednu antičesticu, identičnu po svemu osim po naboju. Iako je antimaterija bila rijetka pojava, brzo smo otkrili kako ju proizvesti u sudarima čestica. Parovi čestica i antičestica danas rutinski nastaju u sudarivačima čestica, poput LHC-a (velikog hadronskog sudarivača) u CERN-u.

Zanimljivo je da se uz svaku proizvedenu antičesticu pojavi i jedna čestica, i obrnuto, uz svaku proizvedenu česticu nastane jedna antičestica. Čestice i antičestice dakle nastaju u jednakim količinama. Štoviše, čestice i antičestice se ponašaju gotovo identično. Sudari čestica u LHC-u su po mnogočemu slični sudarima čestica u prvim trenucima svemira. Ako u sudarivačima uspijevamo proizvesti jednaku količinu materije i antimaterije, mogli bi zaključiti da se ista stvar dogodila u ranom svemiru. Što nas dovodi do pitanja:

Gdje je nestala antimaterija?

Image for post

Naivno bi mogli zamisliti da su daleke galaksije napravljene od antimaterije, te da je višak materije koji vidimo samo lokalna anomalija. No čestice i antičestice se u sudarima ponište (anihiliraju), što rezultira visoko-energetskim rendgenskim zrakama. Kako unutar naše galaktičke okolice ne vidimo tragove takvih rendgenskih zraka možemo pretpostaviti da su naša galaksija i njena okolica isto pretežito sačinjeni od materije. Količina materije u svemiru se nešto preciznije može izmjeriti iz kozmičkog pozadinskog zračenja.

To zračenje se sastoji od najstarijih čestica svjetla (fotona) koji dolaze iz vremena kad su nastali prvi atomi rekombinacijom protona i elektrona. Fotoni iz tog vremena i dan danas lete svemirom. Danas to kozmičko pozadinsko zračenje možemo čuti kao šum na radiju. Frekvencija tog šuma varira ovisno iz kojeg smjera dolazi. Iako je ta varijacija jako mala, iz nje možemo odrediti količinu materije u trenutku kad su nastajali prvi atomi. Manjak antimaterije nas dakle prati od najranijih trenutaka svemira, prije nego su nastali prvi atomi vodika.

Budući da se čestice i antičestice koje smo do sada pronašli ponašaju gotovo identično, u ovom trenutku nemamo odgovor na pitanje zašto je materije u svemiru više.

Odgovor na to pitanje po svemu sudeći leži izvan poznate fizike. Kao teorijski fizičar čestica u svom istraživanju tražim potencijalne krivce za taj manjak materije. Pokušavam otkriti koja su im svojstva, kako interagiraju sa poznatim česticama te kako ih tražiti u eksperimentima. Eksperimenti u kojima ih možemo naći su često veliki i skupi, poput LHC-a u CERNU. Neka rješenja moći ćemo isprobati unutar idućih par godina. Za ostala moramo čekati nešto duže. No uvijek se može dogoditi da je pravi krivac upravo iza ugla iza kojeg se nismo sjetili tražiti.

Juraj Klarić
Institute of Physics, Laboratory for Particle Physics and Cosmology (LPPC), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
[email protected]

Tagged , , , , , , , .

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *