Czytaj dalej

Śladowe ilości antymaterii powstają w procesach naturalnych, a od pewnego czasu również w naszych laboratoriach. Czy możemy jednak wykluczyć, że gdzieś w odległych zakątkach kosmosu, funkcjonują całe galaktyki, mgławice, gwiazdy i układy planetarne – złożone z antycząstek i antyatomów?

Wielka wojna anihilacyjna

Nigdy nie istniał powód, dla którego z błysku wiel­kiego wybuchu musia­łyby wyłonić się jedynie elek­trony, protony, neutrony i reszta “stan­dar­do­wej” mena­że­rii cząstek ele­men­tar­nych. Natura wręcz wymaga, aby w akcie prze­kształ­ca­nia energii w materię, każdej nowo naro­dzo­nej cząstce towa­rzy­szyła jej anty­cząstka. Potężna porcja pro­mie­nio­wa­nia gamma, daje zawsze jed­no­cze­sny początek ujemnie nała­do­wa­nemu elek­tro­nowi jak i pozy­to­nowi o ładunku dodatnim. To natu­ralna kolej rzeczy, wyni­ka­jąca z zasady zacho­wa­nia ładunku.

Proton i antyproton

W tym miejscu mamy pełne prawo zapytać: dlaczego więc wszystko co znamy składa się akurat z elek­tro­nów, protonów i neu­tro­nów, a nie z pozy­to­nów, anty­pro­to­nów i anty­neu­tro­nów? (Na mar­gi­ne­sie, neutrony jak i anty­neu­trony co prawda posia­dają neu­tralny ładunek elek­tryczny, jednak ich wewnętrzna struk­tura się różni). Dlaczego wid­nie­jące na nie­bo­skło­nie gwiazdy to kule wodoru, a nie anty­wo­doru, zbu­do­wa­nego z anty­pro­to­nów okrą­ża­nych przez pozytony? Notabene, w CERN już dawno udało nam się wytwo­rzyć takie anty­atomy i dowieść, iż są elek­trycz­nie obojętne – nie inaczej od atomów zwykłego wodoru. Teo­re­tycz­nie nie powinno być więc kłopotów z powsta­niem związków che­micz­nych anty­wo­doru z innymi anty­pier­wiast­kami. Można by zatem skon­stru­ować anty­pla­netę zamiesz­kałą przez anty­or­ga­ni­zmy oddy­cha­jące anty­po­wie­trzem i pijące antywodę.

Naj­bar­dziej roz­po­wszech­niona jest teza, jakoby w pierw­szych sekun­dach po wielkim wybuchu, nie­mow­lęcy wszech­świat rze­czy­wi­ście wypeł­niały cząstki i anty­cząstki. W idealnym sce­na­riu­szu – tj. gdyby materii i anty­ma­te­rii było abso­lut­nie tyle samo – wszyst­kie drobiny uległyby ani­hi­la­cji wracając do postaci pro­mie­nio­wa­nia gamma. Ku chwale symetrii. Wiemy jednak, że do tego nie doszło, czego naj­lep­szym dowodem jest fakt, że sie­dzi­cie teraz przed moni­to­rem i czytacie te słowa. Oznacza to, iż łut szczę­ścia lub któraś z cech fizyki mikro­świata, pozwo­liła zachować mini­malną przewagę materii i wyjść jej z tej batalii z tarczą. Owa resztka cząstek, które prze­trwały, składa się na wszystko co obser­wu­jemy obecnie w kosmosie.

Czy antymateria się schowała?

Przyj­mijmy jednak inny sce­na­riusz, nieco strasz­niej­szy, ale i cie­kaw­szy. Wyobraźmy sobie, że młody wszech­świat eks­pan­do­wał tak gwał­tow­nie, iż nie wystar­czyło czasu aby każda drobina mogła trafić na swe lustrzane odbicie i ulec znisz­cze­niu. W takim wypadku, współ­cze­sny kosmos mogłyby wypeł­niać w równym stopniu gromady galaktyk zbu­do­wane z kla­sycz­nej materii, jak i grupy anty­ga­lak­tyk – oddzie­lone od siebie gigan­tycz­nymi obsza­rami pustki. Roz­ko­szu­jąc się cudow­nymi foto­gra­fiami wyko­ny­wa­nymi przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a widzie­li­by­śmy zarówno jedne jak i drugie. Co by je odróż­niało? Właśnie w tym problem. Nic.

Dzięki spek­tro­sko­pii astro­no­mo­wie potrafią bez więk­szych kłopotów podać skład che­miczny dowol­nego ciała nie­bie­skiego. Potrze­bują do tego jedynie analizy docie­ra­ją­cego do Ziemi światła, cha­rak­te­ry­stycz­nego dla poszcze­gól­nych pier­wiast­ków. Dlatego nie musimy odwie­dzać egzo­pla­nety ani nawet jej zbyt dobrze widzieć, aby stwier­dzić obecność na jej powierzchni tlenu czy węgla. Ta sama metoda nie rozwiąże jednak naszej zagwozdki. Światło składa się z fotonów, a foton de facto pozo­staje anty­cząstką sam dla siebie.

Anihilacja oraz kreacja par z udziałem materii i antymaterii
Ani­hi­la­cja i kreacja

Wszelkie przejawy pro­mie­nio­wa­nia elek­tro­ma­gne­tycz­nego emi­to­wa­nego przez anty­gwiazdy, nie będą się więc różniły niczym, od światła naszych gwiazd. Oczy­wi­ście nie możemy być tu zupełnie pewni czy hipo­te­tyczne anty­ciało nie­bie­skie wyglą­da­łoby dokład­nie tak samo jak każde inne – ponieważ sami nie zgro­ma­dzi­li­śmy dotąd anty­ma­te­rii w ilo­ściach pozwa­la­ją­cych na zaob­ser­wo­wa­nie takiej grudki nie­uzbro­jo­nym okiem (z czym mogli­ście się zetknąć m.in. w książce Anioły i demony). Mimo to, nie mamy powodów aby domnie­my­wać ist­nie­nia jakichś wyjąt­ko­wych kolorów lub innych nie­ty­po­wych cech wizu­al­nych sub­stan­cji zło­żo­nych z anty­ato­mów.

Kiedyś sądzono, że jeśli nie światło, to może gra­wi­ta­cja pomoże ziden­ty­fi­ko­wać anty­ga­lak­tyki. Tego typu myślenie pre­fe­ro­wał nieco kon­tro­wer­syjny włoski fizyk Ruggero Santilli z Uni­wer­sy­tetu w Turynie. Był on święcie prze­ko­nany, iż anty­ma­te­ria powinna oddzia­ły­wać w sposób nie­ty­powy; a nawet gene­ro­wać coś na kształt efektów anty­gra­wi­ta­cyj­nych (przy okazji Santilli próbował nanieść własne poprawki na ogólną teorię względ­no­ści). Nie udało mu się jednak poprzeć swoich publi­ka­cji żadnymi danymi obser­wa­cyj­nymi, co raczej nie dziwi współ­cze­snych fizyków. Anty­cząstki różnią się od swojego rodzeń­stwa jedynie prze­ciw­stwa­nym ładun­kiem elek­trycz­nym. Pozyton posiada masę iden­tyczną z elek­tro­nem i nie ma powodu aby obie cząstki ele­men­tarne miały inaczej naciskać na płótno cza­so­prze­strzeni. Ale tu znów, z ana­lo­gicz­nych powodów co powyżej, musimy zostawić sobie margines omyłki. Nie bada­li­śmy nigdy większej ilości anty­ma­te­rii a jedynie poje­dyn­cze drobiny, których masa jest zde­cy­do­wa­nie zbyt mała aby móc zmierzyć wywo­ły­wane przezeń efekty gra­wi­ta­cyjne.

Czy jest zatem jaka­kol­wiek poszlaka pozwa­la­jąca w ogóle rozważać sce­na­riusz odle­głych anty­ga­lak­tyk? Albo raczej, czy wiemy w ogóle czego szukać?

Łapanie antycząstek

W 2011 roku na Mię­dzy­na­ro­do­wej Stacji Kosmicz­nej zain­sta­lo­wany został Magne­tyczny Spek­to­metr Alfa. Ważący 7 ton moduł ana­li­zuje docie­ra­jące w pobliże Ziemi pro­mie­nio­wa­nie kosmiczne. Celów takiego badania jest oczy­wi­ście wiele, lecz entu­zja­ści poszu­ki­wań kosmicz­nych skupisk anty­ma­te­rii łączą z nim wyjąt­kowe nadzieje.

W promieniowaniu kosmicznym brakuje antycząstek
Pro­mie­nio­wa­nie wpa­da­jące w atmos­ferę

Co kon­kret­nie marzy im się znaleźć? Niestety nie chodzi o uchwy­ce­nie jakiej­kol­wiek anty­cząstki, bo to zro­bi­li­śmy już dawno temu. Drobiny wpa­da­jące w powie­trze z ogromną pręd­ko­ścią, zacho­wują się podobnie do tych roz­pę­dza­nych przez naukow­ców w akce­le­ra­to­rach. Nie szokują nas więc śladowe ilości pozy­to­nów i anty­pro­to­nów, będących pro­duk­tami zderzeń w górnych war­stwach atmos­fery. Tym, co mogłoby pod­eks­cy­to­wać uczonych, byłoby zło­wie­nie atomu lub przy­naj­mniej jądra antyhelu. Mało praw­do­po­dobne aby powstał on samo­rzut­nie w atmos­fe­rze, toteż dawałaby to asumpt to snucia dalszych rozważań. Tak jak Słońce emituje znaczną ilość jąder helu (czyli cząstek alfa), tak wśród wyziewów hipo­te­tycz­nych anty­gwiazd powinny znaleźć się jądra antyhelu (czyli anty­czą­stek alfa). Gdybyśmy wyłapali strumień takiego anty­pro­mie­nio­wa­nia, dobie­ga­ją­cego z kierunku kon­kret­nej galak­tyki, zyska­li­by­śmy nie­ba­ga­telną poszlakę. Jednakże, na chwilę obecną polo­wa­nia pozo­stają bez­owocne.

Może i to lepiej? Jak zapewne wiecie, ani­hi­la­cja cząstki z anty­cząstką oznacza uni­ce­stwie­nie obu obiektów ze stu­pro­cen­tową wydaj­no­ścią. Cała masa ulega kon­wer­sji w czystą energię i neutrina, w zgodzie ze słynnym rów­na­niem Ein­ste­ina. Nie­wielka bryłka anty­ma­te­rii zawsty­dzi­łaby swoją mocą cały ziemski arsenał masowego rażenia.

Mówimy o zaledwie kilku, kil­ku­na­stu gramach tego mate­riału. Wyobraź­cie sobie teraz ani­hi­la­cję ciał nie­bie­skich: dwóch gwiazd, albo, o zgrozo, pary galaktyk. Pomy­śl­cie o eks­plo­zji, przy której wszelkie super­nowe i roz­bły­ski gamma, wydają się zaledwie drobnymi tąp­nię­ciami na bez­kre­snym nie­bo­skło­nie.

Literatura uzupełniająca:
S. Weinberg, Pierwsze trzy minuty. Współczesny obraz początku wszechświata, przeł. A. Blum, Warszawa 1980;
M. Kaku, Fizyka rzeczy niemożliwych. Naukowa wyprawa do świata fazerów, pól siłowych, teleportacji i podróży w czasie, przeł. B. Bieniok, Warszawa 2011;
K. Tate, How the Antimatter-Hunting Alpha Magnetic Spectrometer Works (Infographic), [online: www.space.com/11673-nasa-alpha-magnetic-spectrometer-antimatter-infographic-explainer.html];
R. Santilli, The mystery of detecting antimatter asteroids, stars and galaxies, [online: www.santilli-foundation.org/docs/antimatter-asteroids.pdf].
Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.