Tragom zvezda

Antimaterija

Verujem da je većina ljudi čula za pojam antimaterije ali da malo njih zna o čemu se tu zapravo radi. Kako shvatiti antikamen, antiautobomil, antitelefon, antiračunar? Da li su to stvari koje bi radile suprotne stvari od onoga na šta smo navikli pa bi antikamen bio mekan dok bi antisunđer bio tvrd, da li bi antiautomobil vozio u rikverc, a antitelefon bio naprava pomoću koje se sporazumevaju ljudi koji sede jedan naspram drugoga? Ako bi se postavio kao antipisac možda bih i krenuo ovim putem u objašnjenje antimaterije.

Antimaterija

Sve oko nas što vidimo je napravljeno od materije ili da to bolje kažemo od nečega čemu smo dali neko ime kao što smo i boje nazvali na neki način. To nešto se sastoji od elektrona i protona kojima smo opet proizvoljno dodelili vrstu naelektrisanja, minus i plus. Da smo uradili sve suprotno ništa se ne bi spektakularno desilo, i dalje bi postojali automobili, telefoni i računari. Elektron bi bio pozitivno naelektrisana čestica a proton negativno naelektrisana čestica. U svemu ostalom bi ostali isti. Ne bi se promenila masa niti spin niti bilo koje drugo svojstvo koje je merljivo. Dakle ako govorimo o naelektrisanju i njegovom znaku govorimo u stvari o imenima. Ako obrnemo imena naelektrisanjima dobićemo nešto anti, ali nećemo dobiti antiatom već i dalje atom sastavljen od antičestica. Znači, najjednostavniji odgovor na pitanje šta je antimaterija glasi: To je materija sastavljena od antičestica.

Antimateriju je otkrio Pol Dirak, 1928. godine kada je pokušavao da pomiri Ajnštajnovu teoriju relativiteta i kvantnu mehaniku. Primenivši na svet čestica i polja teoriju relativnosti Dirak je ustanovio da čestice imaju svoju “sliku u ogledalu” – antičestice. Ovu teoriju je 1932. godine potvrdio C.D.Andersen otkrivši pozitrone. Kasnije je ustanovljeno da gama zraci mogu kreirati parove elektron-pozitron. Ovo je direknto govorilo da u svemiru mogu postojati i sve druge antičestice, odnosno da postoji antimaterija. Pozitron je antičestica za elektron i obrnuto. Njihova svojstva su identična u svemu sem u znaku naelektrisanja. Dakle i masa i leptonski broj i količina naelektrisanja su isti. Elektroni i pozitroni se stvaraju u sudarima a prema zakonu o održanju naelektrisanja kroz sudare moramo dobiti isti broj elektrona i pozitrona. Isto tako ako kroz neki proces proizvodimo protone dobićemo i antiprotone koji su identični protonu ali imaju suprotno naelektrisanje. Kada se govori o neutronima moramo da se spustimo još jedan stepenik ispod. Neutroni, kao i protoni imaju svoje gradivne konstituente koje zovemo kvarkovi. Kod neutrona naelektrisanja kvarkova su takva da u zbiru daju nulu pa samim tim ako kvarkovima zamenimo naelektrisanja pored naziva antikvark uvešćemo i antineutron koji je u stvari po svim karakteristikama jednak neutronu. Za proton i neutron i za njihove antičestice kažemo da imaju suprotno naelektrisanje i suprotnu vrednost barionskog naboja. Za pozitron se može reći i da je to elektron koji u vremenu putuje unazad. Za matematičku interpretaciju ovoga Ričard Fejnman je dobio Nobelovu nagradu. Da bi ispravno mogli razmišljati o antimateriji moramo pre svega da znamo da postoji polje materije i polja sile. Čestica je najmanji delić polja ili kvant polja. Kada se kaže materija, ne podrazumeva se polje ili čestice koje prenose interakcije ili sile (recimo elektromagnetno polje). Za materiju, kao i za polja interakcija, važe zakoni održanja energije, impulsa i naboja. Naelektrisanje je samo jedna od fizičkih veličina mirkosveta, veličina koje nazivamo naboji. Drugi značajni naboji su barionski i leptonski. Za sve naboje važi zakon održanja. Međutim, naboji imaju i svojstvo simetrije, takozvanu CPT simetriju, koja ih prevodi u naboje suprotnog tipa. CPT simetrija se sastoji iz tri dela. C-deo prevodi naelektrisanje u naelektrisanje suprotnog znaka, ako je reč o barionskom broju ona će B prevesti u -B. T-deo menja smer protoka vremena. To znači da ako imamo dva procesa koji su jedan drugome slika u odnosu na promenu strele vremena, kažemo da imamo T-simetriju.P je inverzija prostora. To znači da koordinate menjaju znak. Kombinacijom ovih inverzija dobijamo CPT simetriju koja je univerzalna u kosmosu. Svaki proces ima CPT simetričan proces, svaka čestica ima svoju antičesticu. Postoje i čestice koje su same sebi antičestice, ali one ne mogu da imaju barionski broj. Te čestice imaju barionski broj nula i nazivaju se mezoni i one su same sebi antičestice. Naravno ne sve. U takvim slučajevima ne možemo da ih odredimo ni kao materiju ni kao antimateriju. Već smo gore naglasili da nema univerzalne istine koja kaže ovo je plus a ovo minus, pa je jedino bitno da se čestice i antičestice međusobno razlikuju po znaku. Fizičari već decenijama rade na razumevanju postojanja viška materije nad antimaterijom, bilo da je reč samo o našem delu svemira ili u celom svemiru. Za našu galaksiju se sa ogromnom pouzdanošću može tvrditi da ima više materije a veoma malo antimaterije jer da to nije tako neprestano bi na nebu “videli” bljeskove gama zraka usled anihilacije materije i antimaterije. Proces u kome nestaju neke čestice se zove anihilacija a proces kojim dobijamo nove čestice kreacija. Nove čestice možemo da stvaramo ako imamo čestice velike energije pa su zato izgrađeni akceleratori čestica kao što je onaj u Cernu gde se čestice ubrzavaju i sudaraju pa iz tih sudara nastaju razne druge čestice koje su izuzetno kratkog veka jer se vrlo brzo anhiliraju ili raspadnu. Ako posmatramo svet oko sebe ispostavlja se da je on sastavljen od materije pa se postavlja pitanje zašto je to tako. Prema vladajućoj teoriji nastanka svemira, teoriji Velikog praska naš svemir je započeo iz jedne tačke u gigantskoj eksploziji prostora i vremena gde su se pojavile jednake količine materije i antimaterije. Nedugo zatim došlo je do anihilacije posle koje je ostala određena količina materije od koje je formirano sve ono što danas vidimo. Ali, otkuda taj višak? Kako je moguće da bez narušavanja zakona održanja dođe do takve situacije. Postoje neki proračuni koji se tiču spontanog narušavanja simetrije u ranom univerzumi ali oni ma koliko matematički bili impozantni nisu ubedili većinu fizičara da se upravo to i desilo. Drugo objašnjenje je ideja da su se u Velikom prasku formirala dva univerzuma, jedan naš, i drugi od antimaterije. Međutim, potpuno je nejasno i neshvatljivo da li bi i kakva interakcija mogla postojati između takvih univerzuma. Bojim se da je ovaj scenario daleko izvan naučne moći objašnjenja što nas ipak vraća na prvobitni scenario spontanog narušavanja simetrije u jednom univerzumu.

RSS
Follow by Email
Facebook
Twitter